En 2014, un diamante turbio y sin valor comercial procedente de Brasil convenció a mucha gente de que la Tierra escondía un océano. Doce años después, una prensa de acero en Japón ha redibujado el mapa de dónde está esa agua.

Todo empezó con un diamante

En marzo de 2014, un equipo dirigido por Graham Pearson, de la Universidad de Alberta, publicó un artículo breve en Nature sobre una piedra maltratada procedente de Juína, en Brasil. Dentro había atrapado un grano de ringwoodita, la forma que adopta el olivino a alta presión y que hasta entonces solo se había visto en meteoritos y en hornos de laboratorio. El grano contenía alrededor del 1 % de agua en peso, incorporada al cristal como hidroxilo y no como líquido.

El olivino adopta esa forma en la zona de transición del manto, entre unos 410 y 660 kilómetros de profundidad. Si se extrapola la humedad de un grano a toda una capa, la aritmética se vuelve espectacular. Los titulares se escribieron solos: el equivalente a un océano de agua, quizá a varios, escondido bajo nuestros pies.

La idea cuajó. Pero la zona de transición es solo la tapa. Por debajo de los 660 kilómetros empieza el manto inferior, y en doce años no ha salido a la superficie ningún diamante que permita medir el agua del grueso de esa capa.

El sospechoso se llama davemaoita

El manto inferior funciona con tres minerales. De ellos se sabe que la bridgmanita y la ferropericlasa apenas contienen agua. Queda el tercero: la davemaoita, la perovskita de silicato de calcio, CaSiO3.

La davemaoita tiene una estructura cristalina insólitamente hospitalaria. Admite átomos grandes e incómodos que los otros dos rechazan, y por eso acaba acumulando buena parte del uranio y el torio del manto inferior, es decir, los elementos que calientan el planeta desde dentro. Se daba por hecho que con el agua no sería distinto. Un estudio de 2022 publicado en American Mineralogist modelizó entre un 0,99 % y un 1,96 % de agua en peso alojada en la estructura cristalina y concluyó que el CaSiO3 era una fase importante a tener en cuenta para el almacenamiento de agua en el manto inferior. Si fuera cierto, este mineral bastaría por sí solo para explicar el depósito de agua profunda.

El nombre es reciente: data de 2021, cuando se confirmó como mineral natural dentro de un diamante de la mina Orapa, en Botsuana, identificado en la línea de haz 34-IDE de la Advanced Photon Source, el sincrotrón del Laboratorio Nacional de Argonne, en Illinois. Se bautizó en honor a Ho-kwang "Dave" Mao, que está en el Laboratorio Geofísico de la Institución Carnegie desde 1968, llevó las celdas de yunque de diamante más allá del megabar y en 2013 fundó en China el centro de altas presiones HPSTAR.

La respuesta cabía en un 0,02 %

Takayuki Ishii, del Instituto de Materiales Planetarios de la Universidad de Okayama, y sus colaboradores fabricaron davemaoita dos veces en BL04B1, la línea de haz de alta presión de SPring-8, en la prefectura de Hyogo: una seca y otra hidratada, y compararon los volúmenes de ambos cristales. La sintetizaron en condiciones que llegaron a 30 GPa (unas 300.000 atmósferas) y 2100 K (unos 1830 °C), y midieron el volumen de la red cristalina con rayos X de sincrotrón sin sacarla de esas condiciones. El trabajo reunió a las universidades de Okayama, Hiroshima, Ehime, Teikyo de Ciencias y Kioto con el JASRI, que opera SPring-8, y con el HPSTAR de Pekín.

Cuando el agua entra en un cristal deja huella en su volumen. Si la davemaoita cargara de verdad con un 1 % de agua, el cristal hidratado tendría que haber salido entre un 0,2 % y un 0,5 % más pequeño que el seco. La diferencia medida fue del 0,02 %. Prácticamente nada.

Haciendo el cálculo a la inversa se obtiene un techo para la cantidad de agua que el mineral puede albergar: un 0,08 % en peso como mucho. Una décima parte de la estimación anterior, o menos. El artículo se publicó en Communications Earth & Environment el 24 de julio y las universidades lo anunciaron el 31 de agosto.

Entonces, ¿adónde fue el agua?

No fue a ninguna parte. Nunca estuvo repartida de manera uniforme por la roca.

Si los tres minerales principales del manto inferior están casi secos, el agua profunda debe de viajar en algo que no es roca del manto: la corteza que desciende con él. El fondo oceánico que se hunde en las zonas de subducción arrastra fases de sílice hidratada capaces de sobrevivir a gran profundidad, y el artículo concluye que es ese material cortical subducido, y no el manto circundante, el que domina el almacenamiento de agua profunda.

Imagina vetas mojadas que atraviesan un cuerpo seco siguiendo el rastro del antiguo fondo marino en su descenso. Dónde está el agua condiciona cómo se funde la roca, cómo fluye y cómo se ha mantenido el volumen de los océanos durante miles de millones de años.

Por qué el veredicto salió de Hyogo

Que esta respuesta concreta saliera de Japón tiene una explicación, y se remonta a un físico llamado Naoto Kawai.

Kawai se trasladó a la Universidad de Osaka en 1962 y construyó una prensa cuyos ocho yunques, cortados de una esfera de carburo de tungsteno, cerraban sobre un portamuestras octaédrico desde todos los lados a la vez. El conjunto interior todavía se llama celda de Kawai. Él y sus colegas añadieron después una segunda etapa de compresión y la publicaron en 1973 en los Proceedings of the Japan Academy, con el título "A New Device for Pressure Vessels". El diseño pasó a las universidades de Tokio, Nagoya y Okayama en los años setenta, y luego se exportó a Estados Unidos, Canadá, Australia y Alemania. Las dos prensas de tipo Kawai de BL04B1 superan los 120 GPa con yunques de diamante sinterizado y llegan a 65 GPa con los de carburo de tungsteno, a temperaturas de hasta 3000 K, todo ello observado en directo con rayos X blancos. La revisión de 2024 que recoge esa historia la firma Tetsuo Irifune, de la Universidad de Ehime, que además es coautor del nuevo artículo.

No solo circula la técnica; también la gente. Ishii se doctoró en la Universidad Gakushuin en 2015, estuvo en el Bayerisches Geoinstitut de Bayreuth (Alemania) de 2016 a 2020 y luego, de 2021 a 2023, en el centro de Pekín que fundó Mao. Se incorporó a Okayama en 2023 y en abril de 2026 recibió el Premio a Jóvenes Científicos de las distinciones nacionales japonesas de ciencia y tecnología. En el comunicado, Ishii describió el resultado como la fusión, a cargo de un grupo japonés, de lo que llamó la tecnología de sincrotrón y prensa multiyunque en la que Japón ha liderado el mundo, y escribió que quiere entregar el método a la siguiente generación de investigadores.

En el momento del anuncio de agosto de 2026, estaba previsto que SPring-8 detuviera su funcionamiento desde agosto de 2027 durante alrededor de un año para reconstruir su anillo de almacenamiento como SPring-8-II. Mediciones como esta tienen una ventana de tiempo.

Un sincrotrón estadounidense encontró la davemaoita. Uno japonés pesó su agua. ¿Hay en tu país una máquina de esa escala, y llegas a enterarte alguna vez de lo que sale de ella?

Referencias