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Francis VillatoroBorja TosarJuan Carlos GilGastón GiribetIgnacio Crespobiodisponibilidad nitrógeno y fósforocondiciones redox formación planetariacompromiso tendencias opuestaszona de rizitos de orohabitabilidad química redoxdistribución fósforo nitrógeno silicatosmodelo diferenciación núcleo manto gilmidiendo condiciones presión temperaturaJuan Carlos GilJuan CarlosATPTierraMarteartículo Yecuación 2Lunaepisodio 570delta de IW-2NIFE
Diferenciación del núcleo Fósforo
Ep577: Planeta Enano; Errores en IAs; Romper Agujeros Negros; Habitabilidad Química; Virus y Monos
29 de octubre de 20269 momentos
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Juan Carlos Gil explica que para estudiar la diferenciación del núcleo-manto, investigadores han desarrollado un modelo sencillo basado en datos publicados sobre la distribución de fósforo y nitrógeno.
…vuelve más litófilo y por tanto se conserva bien en el manto, que es lo que nos interesa para su biodisponibilidad. ¿Cuánto más oxígeno hay? Pero al nitrógeno le ocurre lo contrario; esto se ve muy bien en un diagrama esquemático en la figura 1 del artículo. ¿Hay tendencias por tanto opuestas para la biodisponibilidad de nitrógeno y fósforo dependiendo de las condiciones redos en la formación del planeta? Bueno, pues cuando hay tendencias opuestas a menudo ocurre que existe un compromiso entre ambas, un intervalo ahí intermedio en el que en este caso ninguno de los dos elementos quedaría excesivamente secuestrado en el núcleo Una especie de zona de rizitos de oro, de nuevo, redox, ni demasiado reductora ni demasiado oxidante, adecuada para poder ser degustada En definitiva, la zona de, lo que llaman estos autores, la zona de habitabilidad química Pues para estudiar esto que os he introducido, los autores idean un modelo de diferenciación del núcleo-manto, muy sencillo. Parten de un montón de resultados publicados sobre cómo se distribuye el fósforo y el nitrógeno entre silicatos fundidos y hierro a distintas condiciones de presión, temperatura y fugacidad de oxígeno. Eso se lleva midiendo desde hace cientos de años y. Es lo que aparece en el panel A de la figura 2, donde si lo miráis se ven extraordinariamente claras las tendencias opuestas porque aparecen dos bandas coloreadas formando una X. Y luego plantean un modelo muy sencillo basado en esos datos que parametrizan…
Significado #3 · Palabras #1
Juan Carlos Gil introduce una explicación sobre la formación de planetas rocosos para contextualizar cómo las condiciones químicas durante la formación del núcleo influyen en la disponibilidad de fósforo y nitrógeno.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #5formación del núcleo planetariodisponibilidad fósforo y nitrógenocondiciones químicas planeta rocosoplanetas rocosos océano de magmaformación de núcleos planetariosquímica del núcleo planetario…a planeta enano del que hablamos antes. O sea, es un grupo, pues como nos gusta a menudo, que combina un mogollón de cositas: geoquímica, formación planetaria, astrofísica, para investigar eso. ¿Cómo la formación del núcleo puede influir en la habitabilidad? ¿De un planeta rocoso? La pregunta era: la pregunta científica que se planteaban, ¿hasta qué punto las condiciones químicas durante la formación del núcleo de un planeta determinan la cantidad de fósforo y nitrógeno en particular que quedan disponibles para la vida? Y para entender este asunto tengo que irme un poquito para atrás y explicar, y corregidme si me equivoco que no es mi campo, cómo se forman los planetas rocosas. Porque en general en las primeras etapas el interior de estos planetas está hundido en forma de lo que llaman océano de magma y se suelen diferenciar, suelen aparecer dos fases. Es una metálica, típicamente rica en hierro y en níquel, que no sé si os ha pasado a vosotros, pero yo cuando era niño me enseñaron que eso se llamaba nífe, y durante años pensé que eso era un nombre tal cual, o a lo mejor un acrónimo; me costó muchísimo…
Juan Carlos Gil explica cómo los materiales metálicos, específicamente NIFE (níquel y hierro), son más densos que los silicatos y por lo tanto se hunden hacia el centro de un planeta para formar el núcleo.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #17núcleo planetario nifemanto silicatado planetadensidad materiales metálicos…muchísimo tiempo identificarlo, o sea, caer en la cuenta de que eso eran los elementos ni, níquel, y fe, hierro, puestos juntos. Para mí nífe era un nombre hecho. Es muy de geólogo eso, las rocas máficas, fésicas y todo eso, ¿no? Para mí NIFE era un nombre. Está en la fase metálica, decía: NIFE y otra silicatada, fundamentalmente de silicatos, es decir, dominada por el silicio y metales oxidados como magnesio y hierro. Hierro también está en el núcleo y asociado a silicatos y otras cosas. El caso es que la fase metálica, como parece lógico, es mucho más densa y por tanto se hunde hacia el centro del planeta y forma el núcleo, mientras que los materiales silicatados quedan flotando por encima, ni más ni menos, como un patito de goma en la bañera y eso es lo que forma el manto. Este es un proceso que se llama diferenciación metal-silicato. Estoy haciendo una presentación que daré en mi ciudad hace unos meses sobre la Luna y en particular sobre su formación y he visto aquí una conexión interesante porque la hipótesis mayoritaria, la más acertada de formación de la Luna es la del gran impacto un…
Juan Carlos Gil explica cómo la afinidad química de los elementos por diferentes fases influye en la diferenciación planetaria, introduciendo los términos 'siderófilos' y 'litófilos'.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #11siderófilos y afinidad por hierrolitófilos prefieren silicatosdiferenciación planetaria siderófilos litófilosquímica de la diferenciación planetaria…la luna procedía del manto; así que era bastante pobre en hierro y por eso la luna, o por eso creemos que la luna, por eso tiene un núcleo diminuto: completamente es menos de un 2% del tamaño de la masa de la luna mientras que en la Tierra supone el 30%. O sea que esta diferenciación, bueno, obviamente a nivel de geología planetaria es extraordinariamente relevante. Bueno, lo que acabo de contar del níquel, hierro y silicio es una propiedad genérica que afecta a todos los elementos: su afinidad química por unas fases o por otras. Las que tienen en diferenciación planetaria la mayor afinidad por el metal se le llama siderófilos, del griego sideros, hierro; y a las que prefieren los silicatos, se les llama litófilos, de lisos, piedra. Pero esa preferencia por una fase u otra depende a su vez de las condiciones químicas, así es la química. En particular por una magnitud que los geofísicos y geoquímicos utilizan muy a menudo, la fugacidad del oxígeno, que es una forma de expresar mediante una presión efectiva el concepto más general termodinámico de potencial químico, potencial químico del…
Juan Carlos Gil explica cómo el comportamiento geoquímico del fósforo y el nitrógeno difiere: el fósforo tiende al núcleo en entornos reductores, mientras que el nitrógeno se dirige a los silicatos del manto.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #2 · Palabras #4nitrógeno y fósforo bioelementos fundamentalesfósforo metabolismo energético episodio 570nitrógeno componente fundamental de proteínasfósforo afín al núcleo en reductoresnitrógeno migra a silicatos del mantocomportamiento geoquímico fósforo nitrógeno…medida de la disponibilidad de oxígeno que utiliza como referencia el equilibrio entre el hierro metálico que os definía antes y un metal. Esto es necesario, en geoquímica es habitual y el metal que utiliza es la bustita; que debe ser habitual, no lo conozco. Bueno, como os decía, en la pregunta científica los autores se fijaron en nitrógeno y fósforo, ambos bioelementos fundamentales; ambos forman parte de los ácidos nucleicos; ambos forman parte de procesos biológicos esenciales. El fósforo además es central, como sabéis, en el metabolismo energético. Hablé mogollón del fósforo en el episodio 570, mientras que el nitrógeno a nadie se le escapa es un componente fundamental de las proteínas. Pero, y aquí empieza lo interesante, su comportamiento geoquímico, su tendencia por el núcleo o por el manto, que es de lo que estamos hablando, resulta que la experimentan de manera opuesta. En entornos muy reductores, el fósforo tiene mayor afinidad por el metal y por tanto tiende a incorporarse al núcleo, mientras que el nitrógeno migra preferencialmente hacia los silicatos del manto, O sea, en unas condiciones más oxidantes, cuando la fugacidad del oxígeno es mayor, el fósforo se vuelve más litófilo y por tanto se conserva bien en el manto, que es lo que nos interesa para su biodisponibilidad. ¿Cuánto más oxígeno hay? Pero al nitrógeno le…
Juan Carlos Gil explica que para estudiar la diferenciación del núcleo-manto, investigadores han desarrollado un modelo sencillo basado en datos publicados sobre la distribución de fósforo y nitrógeno.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #3 · Palabras #1biodisponibilidad nitrógeno y fósforocondiciones redox formación planetariacompromiso tendencias opuestaszona de rizitos de orohabitabilidad química redoxdistribución fósforo nitrógeno silicatosmodelo diferenciación núcleo manto gilmidiendo condiciones presión temperatura…vuelve más litófilo y por tanto se conserva bien en el manto, que es lo que nos interesa para su biodisponibilidad. ¿Cuánto más oxígeno hay? Pero al nitrógeno le ocurre lo contrario; esto se ve muy bien en un diagrama esquemático en la figura 1 del artículo. ¿Hay tendencias por tanto opuestas para la biodisponibilidad de nitrógeno y fósforo dependiendo de las condiciones redos en la formación del planeta? Bueno, pues cuando hay tendencias opuestas a menudo ocurre que existe un compromiso entre ambas, un intervalo ahí intermedio en el que en este caso ninguno de los dos elementos quedaría excesivamente secuestrado en el núcleo Una especie de zona de rizitos de oro, de nuevo, redox, ni demasiado reductora ni demasiado oxidante, adecuada para poder ser degustada En definitiva, la zona de, lo que llaman estos autores, la zona de habitabilidad química Pues para estudiar esto que os he introducido, los autores idean un modelo de diferenciación del núcleo-manto, muy sencillo. Parten de un montón de resultados publicados sobre cómo se distribuye el fósforo y el nitrógeno entre silicatos fundidos y hierro a distintas condiciones de presión, temperatura y fugacidad de oxígeno. Eso se lleva midiendo desde hace cientos de años y. Es lo que aparece en el panel A de la figura 2, donde si lo miráis se ven extraordinariamente claras las tendencias opuestas porque aparecen dos bandas coloreadas formando una X. Y luego plantean un modelo muy sencillo basado en esos datos que parametrizan…
Juan Carlos Gil describe cómo un modelo simplificado permite estimar la cantidad de nitrógeno y fósforo disponibles en el manto planetario, basándose en datos sobre la composición global del planeta y la afinidad de los elementos por el metal o silicato.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #7modelo simplificado planeta metal silicatocomposición global del planeta núcleoafinidad elemento metal silicato…tendencias opuestas porque aparecen dos bandas coloreadas formando una X. Y luego plantean un modelo muy sencillo basado en esos datos que parametrizan con esos datos experimentales que viene a ser un balance de masas muy sencillo dado fundamentalmente por la ecuación 2 en la sección de métodos del artículo Y con este modelo recalculan toda esta diferenciación dependiendo de las condiciones redos en el panel B de la figura 2 De tal forma que conociendo la composición global del planeta, la fracción de masa que corresponde al núcleo, este 2% de la luna, 30 de la Tierra y la afinidad de cada elemento por el metal o por el silicato se puede con este modelo así parametrizado llegar a saber cuánto nitrógeno y cuánto fósforo queda finalmente en el manto disponible para posibles bichitos. El método es extraordinariamente simplificado, es un modelo de juguete, para empezar es un proceso de una sola etapa y Sabemos que a la formación de la Tierra le ocurrieron múltiples cosas a medida que el planeta iba creciendo por acreción. Los autores justifican esa simplificación porque dicen que buscan efectos de órdenes de magnitud, no reproducir la historia geológica de…
Juan Carlos Gil resume los resultados del modelo sobre la diferenciación núcleo-manto, indicando que la Tierra se encuentra en una zona óptima de habitabilidad química.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #20 · Palabras #6curva fósforo condiciones oxidantesdelta de iw-2 condición tipo tierracompromiso fósforo nitrógeno delta iw-2habitabilidad química de la tierraconcentraciones fósforo manto terrestremodelo reproduce concentración fósforoincertidumbres condiciones marcianas…es lo que predice este modelo para un caso de referencia tipo Tierra, manteniendo fija la composición del planeta como os decía y una fracción de masa del manto similar a la terrestre: Este 70-30 que os decía antes y en el eje X varían las condiciones reales. La curva morada corresponde al fósforo, se ve que sube muy rápidamente a medida que las condiciones se hacen más oxidantes, que es a la derecha, y la curva azul es la del nitrógeno que hace justo lo contrario, disminuye. Azul y Morao, que ya les vale, se han lucido en la elección del colores, o sea, se necesita un buen rato y ampliar la figura para conseguir solamente distinguir los colores En fin, un comentario crítico, ya podrían haber utilizado otro par de colores Bueno, si veis la figura hay una banda en vertical que es de color verde alrededor de delta de IW-2 que es lo que los autores dicen que es tipo tierra, ¿vale? de Condición, semejante al núcleo tipo tierra y, o casualidad, es justo en esa banda donde se produce el compromiso entre ambas tendencias entre fósforo y nitrógeno. Hay suficiente fósforo retenido en el manto sin haber penalizado todavía demasiado al nitrógeno. Resumen de todo este rollo, según este modelo la Tierra se encuentra justito en esa especie de zona de ricitos de oro redox que anticipábamos antes, la zona de habitabilidad química Las dos líneas horizontales punteadas discontinuas que aparecen son las concentraciones observadas de verdad medidas en el manto terrestre de fósforo y nitrógeno se ve como el modelo reproduce razonablemente bien la concentración de fósforo observada en el manto terrestre han hecho otro cálculo para que esto no sea solamente mirándonos el ombligo con las condiciones de Marte y dentro de las incertidumbres también les sale bastante bien pero el modelo predice un orden de magnitud de nitrógeno más del que observamos y es que el nitrógeno es realmente puñetero porque no basta solo con retenerlo en el manto, se producen efectos de desgasificación que dependen además de forma acoplada también con las condiciones redos, o sea sería un proceso casi no lineal. En ambientes muy reductores parte de este nitrógeno…
Juan Carlos Gil discute la importancia relativa de la composición inicial de una estrella frente a las condiciones de diferenciación del núcleo para determinar la concentración de fósforo en el manto.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #3nitrógeno estable en el mantofósforo varía en manto estelarconcentración fósforo cinco órdenes magnituddiferenciación del núcleo fósforofactor composición inicial estrellaproporción elementos pesados estrellabiodisponibilidad fósforo tierrasistema solar fósforo nitrógenocondiciones planeta fósforo neutrógenomundos reductores fósforo secuestradofósforo atrapado en núcleo planetarioimpactos de asteroides aportan fósforoplanetas yermos sin bichitosagua llegada por impactos asteroides…elementos, también el oxígeno que necesitamos su fugacidad para el modelo. En resumen, que pueden aplicar su modelito a toda la población de exoplanetas que hemos visto y en las condiciones redox que hemos explorado en la figura 2. Y resumiendo, el resultado. Es que para el nitrógeno en la concentración que queda en el manto varía menos de un orden de magnitud. Bueno, no varía demasiado dependiendo del tipo de estrella, pero para el fósforo sí. Dependiendo del tipo de estrella, la concentración de fósforo en el manto puede cambiar hasta en 5 órdenes de magnitud. Así que, ¿la composición inicial importa? Dime. No, no, sin coorden, 100.000 veces Sí, sí, 100 .000 O sea, si solamente miras a la estrella tenemos un factor de 15 en composición inicial pero este mecanismo de diferenciación del núcleo según su modelo para el fósforo sobre todo puede hacer cambiar las cosas un valor, un factor de 100 .000 O sea que es más importante, de nuevo según este modelo, mucho más las condiciones de la diferenciación que el origen, que lo que tenías en la estrella. A mí eso me llama la atención muchísimo porque todo el mundo utiliza, no tenemos otra cosa de momento, utiliza ciegamente la proporción de elementos ligeros, ligeros no, pesados en la estrella para luego hacer sus cálculos de nubes moleculares y demás, al menos en planetas y al menos en planetas rocosos, esto apunta a otro sitio. Así que la Tierra se encuentra aparentemente en una región especialmente favorable, sobre todo en lo que respecta al fósforo. Lo curioso es que nuestro sistema solar no parece ser especialmente bendecido por la cantidad de fósforo y nitrógeno. Parecemos bastantes anodinos, pero eso, las condiciones en las que se ha formado nuestro planeta, pues ha permitido la biodisponibilidad de fósforo y neutrógeno. Puede haber otros mundos más reductores, bueno, pues que el fósforo quede secuestrado eso en el núcleo y no haya forma de hacer bichitos con ATP. Vete tú a saber si encontrarían, claro, mecanismos alternativos. Y hay otra cosa que mencionan por encima. Pero también es relevante; esto no significa necesariamente que estos planetas en los que el fósforo queda en el núcleo estén condenados a vagar por el espacio como yermos, parajes, eternos sin bichitos, porque el fósforo podría llegar después. Sabemos que una vez formó el planeta puede existir y existen, y sabemos que son relevantes los impactos de asteroides que nos traen guarrerías de por ahí de otros sitios, como le pasó a un planeta que conozco con el agua; como le pasó a un planeta que en gran parte efectivamente, o sea que estos modelos son para empezar a. Definir las grandes líneas pero luego a los planetas les pasan cosas. Además tienen mucho tiempo para que les pasen cosas. Y aquí, si me permites, y no sabemos ni la mitad de cosas que pueden pasar o no pasar. Porque comentábamos por ejemplo eso del agua que…
Juan Carlos Gil explica que la formación del planeta y su núcleo influyen en la cantidad de elementos esenciales para la vida presentes en sus capas exteriores.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #12formación planetaria y núcleoelementos esenciales para la vida tierraplaneta fósforo nitrógeno inicial…este artículo? Pues quizá lo más relevante es que pone sobre la mesa que la habitabilidad de un planeta puede empezar o puede ya empezar a considerarse pues mucho antes de que aparezcan océanos o atmósferas estables o aerienesferas, ¿no? Nos cuenta cómo, Dependiendo de cómo se forme el planeta y en particular el núcleo, un planeta puede conservar o no cantidades apreciables de algunos elementos esenciales para la vida en sus capas exteriores. Así que no basta con mirar a la estrella o a la nube y ver cuánto fósforo y cuánto nitrógeno hay ahí porque puede ser toda, podría ser que cómo se forma el planeta sea todavía más importante que cuánto de estos elementos habría al principio. Y bueno, la Tierra parece haberse formado en unas condiciones. particularmente favorables dentro de al menos del modelo oeste en la que una cantidad suficiente de elementos esenciales ha permitido, ha permanecido accesible a la biosfera Así que cuando busquemos mundos capaces de albergar vida no nos va a bastar con mirar…