En las profundidades, en el manto ardiente, el hierro lleva una doble vida. Puede ser divalente o trivalente, como una moneda que cae de cara o de cruz. De qué lado predomine depende cuánto oxígeno quede en la capa rocosa del planeta y cuánto se vaya al núcleo. Pero qué le sucede al hierro cuando la presión aumenta hasta millones de atmósferas seguía siendo un misterio.
Para asomarse a esas profundidades, los científicos tomaron vidrios de composición similar a basaltos y peridotitas y los enriquecieron con un isótopo especial de hierro-57. Luego comprimieron las muestras en un yunque de diamante (un dispositivo donde dos diamantes presionan la muestra) hasta 174 gigapascales, como si pusieras el monte Everest sobre una uña. Con radiación sincrotrón (un tipo de rayos X muy brillantes) siguieron los espectros, unas huellas dactilares que revelan el estado de los átomos de hierro.
Esta transición es reversible: cuando se libera la presión, todo vuelve a su estado anterior. Pero mientras dura, el hierro divalente de espín bajo se vuelve más estable, y el hierro trivalente comienza a reducirse a divalente. Como resultado, la proporción de hierro oxidado en el manto primero aumenta con la profundidad, alcanza un máximo a una presión de unos 40 gigapascales, y luego disminuye.
Lo más interesante es que este pico coincide con la presión a la que, se cree, ocurrió la separación del núcleo y el manto en la Tierra joven. Si la presión hubiera sido un poco menor o mayor, la oxidación del manto habría sido diferente. Quizás fue precisamente esta presión "dorada" la que le dio a la Tierra su química única y, con ella, las condiciones para la vida.
tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2606.15472
The Earth's mantle has elevated Fe$$^{3+}$$ relative to those of other rocky bodies, yet the oxidation- and electronic state of iron at extreme pressures is poorly known. We present in-situ energy-domain synchrotron M\"ossbauer spectra of $$^{57}$$Fe-enriched silicate glasses at 298 K from 1 bar to 174 GPa in a diamond anvil cell. Glasses were synthesised with Fe$$^{3+}$$/[Fe$$^{3+}$$ + Fe$$^{2+}$$] from 0.02 $$\pm$$ 0.02 to 1.00 $$\pm$$ 0.02, as determined by colourimetry. While pure Fe$$^{3+}$$-basaltic glass shows minimal changes up to 174 GPa, the spectra of Fe$$^{2+}$$-peridotitic and basaltic glasses are fit by two doublets, D$$_1$$ and D$$_2$$. At 1 bar, their relative intensities are $$\sim$$92 % and $$\sim$$8 %, respectively, but the integral area ratio, D$$_2$$/(D$$_1$$ + D$$_2$$), reaches 0.65 by 172 GPa. Because this transition is reversible with pressure and no metallic iron is detected, the D$$_2$$ feature is Fe$$^{2+}$$ low spin (LS), whereas D$$_1$$ is Fe$$^{2+}$$ high spin (HS). Consequently, the Fe$$^{3+}$$/[Fe$$^{3+}$$+Fe$$^{2+}$$] of planetary mantles reach a maximum near $$\sim$$40 GPa, before decreasing at higher pressures due to the stabilisation of Fe$$^{2+}_{\mathrm{{LS}}}$$. This peak coincides with estimated core-mantle equilibrium on Earth, implying that its uniquely oxidised mantle and habitable state may result from core formation within a Goldilocks pressure range. Secondary atmospheres are predicted to transition from H$$_2$$-rich for Moon-sized bodies, to CO-rich for Earth-like planets and H$$_2$$- and CH$$_4$$-bearing around super-Earths and sub-Neptunes.
La presión de 174 gigapascales alcanzada en el experimento es más de 1,7 millones de veces la presión atmosférica. A esa presión, los yunques de diamante a veces explotan, aunque la muestra es más pequeña que un grano de arena.
En la novela "Cita con Rama" de Arthur C. Clarke, la nave alienígena tiene una estructura interna que recuerda a un planeta con núcleo y manto, donde la presión y la química crean un ecosistema cerrado.