La importancia de una pizca de agua en el manto de la Tierra
La Tierra es un planeta asombroso. Hasta donde sabemos, es el único planeta del universo donde existe vida. También es el único planeta conocido que tiene continentes: las masas de tierra en las que vivimos y que albergan los minerales necesarios para sustentar nuestras complejas vidas.
Los expertos todavía debaten enérgicamente cómo se formaron los continentes. Sabemos que para esto el agua era un ingrediente esencial, y muchos geólogos han propuesto que esta agua habría venido de la superficie de la Tierra a través de zonas de subducción (como es el caso ahora).
Pero una nueva investigación muestra que esta agua en realidad habría venido de las profundidades del planeta. Esto sugiere que la Tierra en su juventud se comportó de manera muy diferente a como lo hace hoy, conteniendo más agua primordial de lo que se pensaba anteriormente.
Cómo hacer crecer un continente
La Tierra sólida está compuesta por una serie de capas que incluyen un denso núcleo rico en hierro, un grueso manto y una capa exterior rocosa llamada litosfera.
Imagen: La Tierra comprende un núcleo, un manto y una corteza exterior.
Pero no siempre fue así. Cuando la Tierra se formó por primera vez hace unos 4.500 millones de años, era una bola de roca fundida que era golpeada regularmente por meteoritos.
A medida que se enfrió durante aproximadamente un período de mil millones de años, comenzaron a emerger los primeros continentes, hechos de granito de color pálido. Exactamente cómo llegaron a existir ha intrigado a los científicos durante mucho tiempo.
Para que la corteza continental granítica sea capaz de flotar, es necesario fundir unas oscuras rocas volcánicas conocidas como basaltos. Los basaltos, que se forman como resultado de la fusión del manto, habrían cubierto la Tierra cuando el planeta estaba comenzando.
Sin embargo, para hacer una corteza continental a partir de basalto se requiere otro ingrediente esencial: el agua. Para comprender cómo se formaron los primeros continentes es clave saber cómo entró esta agua en las rocas a suficiente profundidad.
Un mecanismo para llevar el agua a la profundidad es mediante la subducción. Así es como se produce en la actualidad la mayor parte de la nueva corteza continental, incluida la cordillera de los Andes en América del Sur.
En las zonas de subducción, las placas rocosas en el fondo del océano se enfrían y se vuelven cada vez más densas hasta que son forzadas a pasar por debajo de los continentes y de regreso al manto de abajo, llevándose con ellas el agua del océano.
Cuando esta agua interactúa con el basalto en el manto, crea una costra granítica. Pero hace miles de millones de años la Tierra estaba mucho más caliente, por lo que muchos expertos han argumentado que la subducción (al menos en la forma que la entendemos actualmente) no podría haber funcionado.
Los largos y lineales cinturones montañosos, como los Andes, contrastan marcadamente con la estructura de la corteza granítica conservada en la región de Pilbara, en el interior de Australia Occidental.
Esta antigua corteza vista desde arriba tiene un patrón de "domo y quilla", con globos (domos o cúpulas) de granito de color pálido que se elevan hacia los basaltos circundantes más oscuros y densos (las quillas).
Imagen: Imágenes de satélite del Pilbara Craton, Australia Occidental. Los domos de granito de color pálido están rodeadas de basaltos de color oscuro.
Imagen: Una sección transversal muy simplificada de una estructura de domo y quilla.
Pero, ¿de dónde vino el agua necesaria para producir estos domos?
Pequeños cristales registran la historia temprana de la Tierra
La nueva investigación, dirigida por científicos del Servicio Geológico de Australia Occidental y la Universidad Curtin, abordó esta pregunta. Se analizaron pequeños cristales atrapados en los antiguos magmas que se enfriaron y solidificaron para formar los domos de granito de Pilbara.
Estos cristales, hechos de un mineral llamado circón, contienen uranio que con el tiempo se convierte en plomo. Se conoce la velocidad de este cambio y podemos medir las cantidades de uranio y plomo que contiene. Como tal, podemos obtener un registro de su edad.
Imagen: Cristales de circón cultivados en un magma antiguo.
Los cristales también contienen pistas sobre su origen, que se pueden descifrar midiendo su composición de isótopos de oxígeno. Es importante destacar que los circones que cristalizaron en rocas fundidas hidratadas por el agua de la superficie de la Tierra tienen una composición diferente a los circones que se formaron en las profundidades del manto.
Las mediciones muestran que el agua necesaria para los antiguos granitos más primitivos de Australia Occidental habría venido de las profundidades del manto de la Tierra y no de la superficie.
¿Es el presente siempre la clave del pasado?
La forma en que se formaron los primeros continentes es parte de un debate más amplio sobre uno de los principios centrales de las ciencias físicas: el uniformismo. Ésta es la idea de que los procesos que operaron en la Tierra en el pasado distante son los mismos que se observan hoy.
Hoy en día, la Tierra pierde calor a través de la tectónica de placas, cuando se mueven las placas litosféricas estriadas que forman la capa exterior sólida del planeta. Esto ayuda a regular su temperatura interna, estabiliza la composición atmosférica y probablemente también facilitó el desarrollo de vida compleja.
La subducción es uno de los componentes más importantes de este proceso. Pero varias líneas de evidencia son inconsistentes con la subducción y la tectónica de placas en una Tierra primitiva. Indican fuertemente que nuestro planeta se comportó de manera muy diferente en los primeros dos mil millones de años después de su formación que en la actualidad.
Entonces, si bien el uniformismo es una forma útil de pensar sobre muchos procesos geológicos, el presente no siempre puede ser la clave del pasado.
La investigación se publicó en Nature: Oxygen isotopes trace the origins of Earth’s earliest continental crust
