Aportan nuevos datos para la comprensión del ciclo de Carbono en el interior de la Tierra

de izquierda a derecha, los investigadores Tomás Marqueño y David SantamaríaUn equipo internacional liderado por la Universitat de València (UV) ha descubierto una fase desconocida de la tilleyita, un mineral del interior de la Tierra cuyas características inusuales hacen que se presente como candidato para dar cuenta de composiciones químicas complejas del manto terrestre. El trabajo aparece publicado en Scientific Reports, el open access de Nature.

Junto con los ciclos del Nitrógeno y del Agua, el ciclo del Carbono es un proceso extraordinariamente importante para el desarrollo de la vida. Comprende una secuencia de eventos sin los cuales la Tierra sería incapaz de mantener vida en ella; no en vano, el Carbono es el componente principal de los compuestos biológicos y uno de los fundamentales en muchos minerales.

A lo largo de los dos últimos siglos, el ciclo biológico del carbono se ha visto alterado en todo su proceso y, de manera más significativa, en la atmósfera. Las emisiones humanas de dióxido de carbono a la atmósfera superan ya las fluctuaciones naturales, y el aumento de CO2 atmosférico está alterando los patrones meteorológicos e influyendo en la química oceánica. Otra circulación menos conocida del carbono es su ciclo geológico, que está integrado en la propia estructura del planeta.  El balance entre ambos ciclos –biológico y geológico– controla la concentración de CO2 en la atmósfera. De aquí la importancia que tiene comprender mejor tanto su funcionamiento como sus efectos sobre el clima global.

El trabajo que acaba de publicar el equipo liderado por el investigador David Santamaría, del Instituto de Ciencia de los Materiales de la Universitat de València (ICMUV), en el Parc Científic, reporta el descubrimiento de una nueva fase densa de un mineral compuesto por carbono oxidado. Esta fase, denominada post-tilleyita, posee características inusuales en condiciones de alta presión similares a las del manto superior terrestre. Entre otras características, presenta un cierto grado de substitución química y una gran variedad de entornos atómicos, por lo que se erige como una buena candidata para dar cuenta de composiciones químicas complejas del manto terrestre y ofrecer datos valiosos para la investigación geofísica.

El conocimiento de la química del carbono en condiciones extremas de temperatura y presión es importante a la hora de comprender el ciclo de carbono en el interior de la Tierra. A medida que las placas tectónicas se mueven, el carbono y otros elementos entran y salen de la corteza y del manto terrestre, lentamente, en una escala de tiempo geológica –de cientos de miles de años. Este proceso, denominado de subducción, hace que el carbono ingrese en el interior de la Tierra, principalmente en forma de minerales carbonato –formados por carbono, oxígeno y átomos metálicos. Durante dicho curso, la losa de subducción se adentra progresivamente en el manto y se calienta; algunos carbonatos se disuelven y finalmente se liberan a la atmósfera, mediante vulcanismo, en forma de dióxido de carbono y otros gases. El resto de los carbonatos pueden sobrevivir en la losa o reducirse para formar diamante a medida que se sumergen hacia lo más profundo del manto terrestre. Estos procesos constituyen el llamado “ciclo profundo del carbono”, del que hoy en día aún quedan numerosas cuestiones por responder.

El carbonato de calcio es un constituyente abundante de la corteza que se transfiere al interior de la Tierra vía el proceso de subducción. En su camino hacia las profundidades, este carbonato interacciona químicamente con minerales silicato (que contienen silicio en vez de carbono) y puede formar minerales mixtos silicato-carbonato, como la post-tilleyita. El proceso de transformación estructural de estos minerales puede además aportar datos importantes de cara a desarrollar posibles estrategias para el secuestro estable de dióxido de carbono. “Como es bien sabido, el CO2 es el principal gas de efecto invernadero antropogénico presente en la atmósfera, y su acumulación se ha relacionado con el cambio climático”, comenta David Santamaría. “Una de las líneas de estudio para tratar de dar respuesta a este desafío global, es la formación de fases de carbonato muy estables a largo plazo, lo que requerirá determinar su estabilidad en entornos y condiciones variables”, afirma.

El estudio se ha llevado a cabo empleando varias técnicas experimentales de vanguardia como la difracción de rayos X con radiación sincrotrón, la espectroscopía Raman de alta resolución y las simulaciones computacionales.

Referencia bibliográfica

David Santamaria-Perez, Javier Ruiz-Fuertes, Miriam Peña-Alvarez, Raquel Chulia-Jordan, Tomas Marqueño, Dominik Zimmer, Vanessa Gutiérrez-Cano, Simon MacLeod, Eugene Gregoryanz, Catalin Popescu, Plácida Rodríguez-Hernández & Alfonso Muñoz. Post-tilleyite, a dense calcium silicate-carbonate phase. Scientific Reports 9, Article number: 7898 (2019)

Fuente: UV







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