Una investigación internacional liderada por científicos de la Universitat de València ha sintetizado un nuevo compuesto cristalino formado por calcio, silicio y carbonato, creado bajo condiciones de presión y temperatura similares a las del manto terrestre. El hallazgo es importante porque muestra que, en el interior profundo del planeta, el carbono puede “organizarse” en estructuras más complejas de lo que se pensaba, algo clave para comprender cómo se almacena CO₂ durante millones de años y cómo funciona el llamado ciclo profundo del carbono.
El compuesto obtenido es un carbonato doble de calcio y silicio con fórmula Ca₂Si(CO₃)₄. En palabras del investigador David Santamaría (Departamento de Física Aplicada e Instituto de Ciencia de los Materiales), el descubrimiento “abre la puerta a una nueva química del carbono bajo condiciones extremas”, al conectar en una misma estructura dos familias minerales muy habituales en la Tierra: silicatos y carbonatos.
Qué han descubierto y por qué cambia lo que se sabía
En la superficie y la corteza terrestre, los carbonatos suelen formarse cuando el CO₂ disuelto en agua reacciona y precipita con cationes metálicos. Con el movimiento de las placas tectónicas, esos minerales pueden descender hacia zonas de subducción y llegar al manto, en un proceso que participa en la regulación del CO₂ a muy largo plazo.
En esas zonas profundas, carbonatos y silicatos conviven. Lo novedoso de esta investigación es que ha conseguido una fase cristalina en la que ambos no están “uno al lado del otro” sin más, sino enlazados estructuralmente: las unidades asociadas al silicio y los grupos carbonato quedan conectados a través de átomos de oxígeno, formando un sólido con una arquitectura interna inédita. Esto sugiere que, bajo determinadas condiciones extremas, pueden existir sólidos más complejos que los que contemplaban los modelos tradicionales para describir la interacción entre silicatos y carbonatos en el manto.
Para qué sirve: del carbono profundo al clima a escala geológica
La utilidad principal del hallazgo está en lo que permite afinar: la comprensión y la modelización de los mecanismos de almacenamiento de carbono en formaciones subterráneas profundas. Si en el manto pueden formarse fases silicato-carbonato como la observada, el “mapa” de minerales que intervienen en el ciclo profundo del carbono se amplía, y con él la capacidad de explicar qué rutas sigue el carbono en el interior del planeta y cómo puede permanecer retenido durante periodos geológicos.
Los investigadores subrayan que el impacto del hallazgo va más allá de la geología, porque abre posibilidades en ciencia de materiales: conocer qué estructuras aparecen bajo presiones y temperaturas extremas ayuda a explorar compuestos nuevos con propiedades potencialmente interesantes, aunque su aplicación práctica aún requiera investigación adicional.
Una pista clave: se puede recuperar a condiciones normales, como pasa con el diamante
Otro de los resultados que refuerza el interés científico del trabajo es que la fase cristalina obtenida resulta metaestable en condiciones ambientales. Esto significa que, aunque no sea la estructura “más favorable” energéticamente a temperatura y presión normales, puede mantenerse porque existen barreras cinéticas que frenan su transformación.
El ejemplo más conocido de metaestabilidad es el diamante: se forma a gran presión y temperatura en el manto, llega a la superficie y permanece porque su transformación a grafito queda inhibida por esas barreras. En esta investigación, observar que el nuevo compuesto denso puede ser recuperable a condiciones ambientales aporta valor adicional, porque indica que este tipo de fases no solo podrían existir en profundidad, sino también estudiarse en laboratorio con más detalle.
Cómo lo han logrado: técnicas de alta presión y análisis “en directo”
Para sintetizar y caracterizar “por primera vez” este carbonato doble de calcio y silicio, el equipo ha empleado técnicas de vanguardia. Entre ellas, celdas de yunques de diamante (para reproducir presiones extremas) y láseres de alta potencia (para alcanzar temperaturas elevadas controladas).
La determinación estructural se ha realizado in situ, combinando difracción de rayos X con radiación sincrotrón, espectroscopia Raman y cálculos de primeros principios. Con ese enfoque, los investigadores han podido confirmar la arquitectura interna del compuesto y describir su topología inédita dentro de sistemas del tipo MO–SiO₂–CO₂ (siendo M un metal divalente), destacando que, hasta ahora, los pocos minerales silicato-carbonato conocidos presentaban entidades silicato y carbonato aisladas, sin ese entrelazamiento estructural.
El trabajo ha sido desarrollado por un equipo encabezado por David Santamaría y Benedito Donizeti Botan-Neto (Instituto de Ciencia de los Materiales de la Universitat de València), con colaboración de la Universidad de Oviedo, la Universidad de Frankfurt (Goethe-Universität Frankfurt am Main) y el centro alemán Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY). Los resultados se han publicado en la edición internacional de la revista Angewandte Chemie.
