Los gases nobles dejan una huella duradera en las rocas
En las ciencias de la Tierra, los pequeños detalles pueden ayudar a explicar eventos masivos.
Rita Parai, profesora asistente de ciencias terrestres, ambientales y planetarias en Artes y Ciencias de la Universidad de Washington en St. Louis, utiliza equipos de precisión para medir niveles de trazas de gases nobles en las rocas, muestras que pueden proporcionar información clave sobre la evolución planetaria.
En un estudio publicado recientemente, Parai y la estudiante de posgrado Judy Zhang utilizaron mediciones de gases nobles de rocas volcánicas de las islas Cook y Austral para demostrar que las placas tectónicas han estado transportando gases desde la superficie a las profundidades de la Tierra durante más de 2.500 millones de años.
Los gases nobles son especialmente útiles para investigaciones en tiempos profundos porque son químicamente inertes. Algunos de sus isótopos quedaron atrapados en el interior hace 4.500 millones de años, cuando se formó la Tierra por primera vez, dijo Zhang. "Dejan una huella duradera en las rocas".
En el laboratorio de Parai, Zhang pudo medir múltiples elementos de gases nobles y sus isótopos, incluido el raro elemento xenón. El patrón de abundancia de gases nobles y sus distintivas firmas isotópicas cuentan una importante historia, dijo Zhang.
Imagen: Judy Zhang, izquierda, y Rita Parai en el laboratorio de Parai. Crédito: Sean García/Universidad de Washington en St. Louis
Como explicó Zhang, las rocas de la isla Cook-Austral fueron liberadas desde las profundidades del manto del planeta hasta la superficie de la Tierra a través de erupciones volcánicas. Los gases nobles característicos de las rocas mostraron que en el pasado profundo, las placas tectónicas estaban relativamente frías cuando sufrieron subducción (el proceso por el cual la roca superficial se hunde hasta el manto) hace unos 2.500 millones de años.
Algunos investigadores teorizaron que, en aquel entonces, el planeta podría haber sido mucho más caliente y mucho más duro que el mundo que conocemos hoy. La presencia de xenón muestra que la subducción ocurrió en condiciones geológicas similares a las de los tiempos modernos. "Si la roca hubiera sido subducida a temperaturas mucho más altas, habría perdido todos sus gases", dijo Zhang. "Este es un hallazgo muy emocionante".
Detectar átomos de xenón no es como encontrar una aguja en un pajar; es como encontrar una aguja microscópica en todo un campo de heno. Los gases nobles ya son una característica rara en las rocas, y el xenón, que puede rastrear placas tectónicas antiguas, es exponencialmente más difícil de alcanzar. "Sólo hay unos 100.000 átomos de xenón por cada gramo de material", dijo Parai. Eso es aproximadamente 1 de cada 10 mil billones de átomos.
Los investigadores tuvieron que extraer gas de grandes cantidades del mineral olivino en estas rocas para obtener la señal más débil. "Es como si estuviéramos descubriendo cómo extraer sangre de una piedra", dijo Parai.
En diciembre pasado, Zhang recolectó más muestras de rocas del fondo del océano durante un crucero de investigación de 28 días en el Pacífico Sur dirigido por Doug Wiens, Profesor Distinguido Robert S. Brookings. El análisis de las rocas en el laboratorio de Parai debería ofrecer aún más información sobre el pasado profundo de la Tierra. "Estamos ampliando los límites del análisis para mirar hacia atrás miles de millones de años", dijo Zhang.
El estudio ha sido publicado en Earth and Planetary Science Letters: Primordial and recycled noble gases in the Cook-Austral HIMU mantle: Insights into the onset of volatile subduction
