Mineral nunca antes visto revela datos desconocidos sobre el manto de la Tierra

Las diminutas motas negras observadas en un diamante extraído en una mina de Botsuana han resultado ser inclusiones de un relevante mineral del manto terrestre que, tras décadas de búsqueda, se ha identificado por primera vez en la naturaleza. El hallazgo supone la inusual observación de un mineral que no podría existir en condiciones superficiales y que desempeña un papel clave en el flujo de calor que tiene lugar en las profundidades del planeta, explica Oliver Tschauner, geoquímico de la Universidad de Nevada en Las Vegas y director del equipo que publica el descubrimiento en Science.

Tschauner bautizó el mineral como davemaoita, en honor a Ho-kwang «Dave» Mao, un científico que ha llevado a cabo trabajos pioneros en geoquímica y geofísica de alta presión. Esencialmente, la davemaoita se compone de silicato de calcio (CaSiO₃), pero puede contener isótopos radiactivos de uranio, torio y potasio, los cuales generan una importante cantidad de calor en la región inferior del manto, la capa situada entre la corteza y el núcleo de la Tierra. Por tanto, la davemaoita constituye un elemento clave en la distribución de las temperaturas en el interior del planeta y, a su vez, en la circulación del calor entre el manto y la corteza, lo que impulsa procesos como la tectónica de placas.

El mineral solo es estable en condiciones de elevada presión y temperatura, como las que se dan en el manto inferior, a profundidades situadas entre 660 y 2700 kilómetros. Sin embargo, las motas observadas se hallan en un diamante que las transportó intactas desde el interior de la Tierra. «Es la fuerza del diamante lo que mantiene las inclusiones a alta presión», apunta Tschauner.

El diamante, de color verdoso y forma octaédrica, fue extraído hace décadas en Botsuana, en la mina de Orapa, la mayor mina de diamantes a cielo abierto del mundo. En 1987, un comerciante de minerales vendió el diamante a George Rossman, experto en mineralogía del Instituto de Tecnología de California. Tschauner, Rossman y sus colaboradores comenzaron a examinarlo hace unos años como parte de una investigación sobre inclusiones minerales en diamantes profundos.

Los estudios de rayos X realizados en la Fuente Avanzada de Fotones de Lemont, en Illinois, revelaron que las inclusiones eran ricas en un mineral de calcio. Los trabajos posteriores confirmaron que se trataba de silicato de calcio, el cual puede adoptar distintas estructuras cristalinas en función de la temperatura y la presión a la que se forma.

En el diamante estudiado, el compuesto presenta la estructura de la perovskita, que solo se forma a las temperaturas y presiones que gobiernan a entre 660 y 900 kilómetros de profundidad, explica Tschauner. Los científicos ya habían sintetizado perovskita de silicato de calcio a alta presión en el laboratorio y postulaban que el mineral debía existir en el manto inferior, aunque nunca antes lo habían observado de forma concluyente en una muestra geológica.

Davemaoita

En 2018, otro equipo de investigación afirmó haber hallado perovskita de silicato de calcio en un diamante profundo de Sudáfrica. Sin embargo, los científicos no concluyeron haber descubierto de forma oficial un nuevo mineral. El equipo de Tschauner, en cambio, sí lo hizo, por lo que Tschauner le preguntó a Mao si podía nombrar el mineral en su honor. «Evidentemente, acepté encantado», admite Mao, director del Centro de Investigación Avanzada de Ciencia y Tecnología de Alta Presión de Shanghái.

La Asociación Mineralógica Internacional aprobó el nombre de davemaoita el año pasado. Se trata del segundo mineral de alta presión que porta el nombre de Mao: en 2018, unos investigadores chinos publicaron el hallazgo de otro mineral al que llamaron maohokita, descubierto en rocas de un cráter de impacto.

Según Tschauner, la davemaoita constituye uno de los tres minerales principales del manto inferior y representa cerca del 5-7% de su material, aunque es el único de los tres que contiene uranio y torio. Su estructura cristalina favorece la sustitución del calcio por esos elementos, que generan calor como resultado de su desintegración radiactiva.

Se piensa que otros diamantes también podrían contener trazas de davemaoita. El ejemplar hallado en Orapa presenta un alto contenido en potasio. Por tanto, una manera de encontrar más davemaoita consistiría en buscar diamantes profundos en regiones con gran abundancia de potasio, explica Yingwei Fei, geoquímico de la Institución Carnegie para la Ciencia, en Washington DC. «Definitivamente, seguiré buscando», asegura Tschauner.

Fuente: Nature Resarch Group