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La difusión de hidrógeno en el interior de la Tierra

Aunque la Tierra es un planeta rocoso, sobre su superficie tienen lugar muchos procesos acuosos dinámicos, por lo que es único entre todos los planetas rocosos. Por tanto, la obtención de nuevos datos sobre el efecto de los fluidos en las propiedades de los materiales puede tener implicaciones directas para el estudio de los terremotos y las erupciones volcánicas.
La difusión de hidrógeno en el interior de la Tierra
Las zonas de subducción son regiones geológicas donde dos placas tectónicas (piezas de la litosfera terrestre) colisionan violentamente, provocando que una de ellas se hunda en el manto terrestre por debajo de la otra placa. En general, los movimientos de la litosfera oceánica (corteza y manto superior de los océanos) facilitan la incorporación de agua en minerales hidratados. Durante los procesos de subducción, algunos de estos minerales hidratados se deshidratan parcialmente, creando una fase líquida.

Parte del agua liberada retorna a la superficie terrestre, mientras que otra parte es transportada hacia el manto profundo por los minerales nominalmente anhidros (NAM). Los socios del proyecto financiado por la Unión Europea «Hydrogen incorporation in subducting lithosphere after dehydration reactions» (HISLA-DR) se propusieron explorar los mecanismos poco conocidos de la transferencia de agua a los NAM.

En primer lugar, los investigadores recolectaron nuevos datos sobre la difusión de hidrógeno en los NAM, particularmente en el olivino. A continuación se llevaron a cabo experimentos de laboratorio que aprovechan defectos en la red cristalina durante la hidratación y después se recolectaron muestras de peridotitas formadas en zonas metamórficas de alta presión (por ejemplo, de los Alpes Orientales). Los análisis del contenido de hidrógeno en los NAM presentes en las rocas recolectadas en el campo proporcionaron el conjunto de datos más completo sobre el contenido de agua en peridotitas naturales de zonas de subducción.

Los datos experimentales mostraron que la difusión de hidrógeno en las láminas de olivino podía ser más rápida u órdenes de magnitud más lenta en comparación con la difusión de otros compuestos. Los investigadores han relacionado la tasa de difusión con defectos que favorecen que el hidrógeno quede secuestrado en la estructura del mineral. La tasa de difusión del hidrógeno asociada con los defectos más comunes del olivino en el manto superior es mil veces más lenta de lo que previamente se creía.

Las muestras recolectadas en los Alpes y los datos experimentales demuestran una preservación del agua durante largos periodos de tiempo y una correlación del contenido de hidrógeno con la temperatura y la presión. Estos resultados corroboran los coeficientes de difusión lenta del hidrógeno observados. Además, por primera vez, la combinación de datos de campo y de laboratorio permite una evaluación cuantitativa de la máxima capacidad hídrica de los NAM de zonas de subducción, sugiriendo que la cuña del manto actúa como un reservorio de agua.

Las zonas de subducción son las regiones de la Tierra con mayor actividad geológica, jugando un papel crítico en los terremotos y en las erupciones volcánicas. El proyecto HISLA-DR ha proporcionado una mejor comprensión sobre la dinámica de los fenómenos acuosos en estas regiones, cerrando una importarte brecha en el conocimiento y proporcionado información de gran valor para la prevención de riesgos.

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Palabras clave

Difusión de hidrógeno, zonas de subducción, litosfera, agua, minerales nominalmente anhídridos
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