Evidencias inéditas de los orígenes de la tectónica de placas

Los minerales que se encuentran dentro de pequeños cristales en la roca podrían revelar cómo la corteza terrestre comenzó a moverse.

Montaña nevada
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Los minerales atrapados dentro de diminutos cristales que han sobrevivido a la molienda de los continentes durante miles de millones de años pueden ayudar a revelar los orígenes de la tectónica de placas y, tal vez incluso, proporcionar pistas sobre cómo la vida compleja surgió en la Tierra.

La teoría de la tectónica de placas, que describe cómo la corteza terrestre se separa en placas que flotan y se deslizan sobre una capa de roca maleable debajo, fue ampliamente aceptada por la ciencia hace unos 50 años. Se cree que el proceso ha dado forma al mundo que nos rodea al permitir que se formen continentes, se levanten enormes cadenas montañosas cuando colisionan, se creen islas volcánicas y se desencadenen terremotos catastróficos.

Pero todavía existe un debate sobre cómo y cuándo exactamente, en los 4500 millones de años de historia de nuestro planeta, se formaron las placas. Las estimaciones varían de menos de mil millones a 4300 millones de años atrás.

Tampoco está claro exactamente cuán rápido evolucionó la tectónica de placas, dice el Dr. Hugo Moreira, geólogo de la Universidad de Montpellier, en Francia. ¿La corteza de la Tierra se dividió abruptamente en múltiples placas y comenzó a moverse en apenas decenas de millones de años o el proceso fue mucho más gradual, a lo largo de cientos de millones de años o más?

Comprender esto podría ser crucial para entender no solo cómo ha evolucionado el planeta por él mismo, sino también cómo la vida pudo haber comenzado en la Tierra. Se cree que las condiciones creadas por la tectónica de placas ayudaron, en primer lugar, a que la Tierra fuera hospitalaria para la vida y también proporcionaron los nutrientes vitales necesarios para que prosperara la vida multicelular compleja.

Las cápsulas de tiempo de los cristales

El Dr. Moreira y sus colegas están buscando respuestas a estas preguntas dentro de diminutos cristales de circonio, que son cápsulas de tiempo del pasado lejano de la Tierra debido a su gran robustez. A menudo, se encuentran preservados en la roca a pesar de la acción de los continuos eventos meteorológicos y geológicos.

Muchos de estos cristales se han datado previamente analizando la desintegración radiactiva de los isótopos (diferentes formas de elementos) que contienen. Algunos datan de hasta hace 4400 millones de años, los primeros fragmentos conocidos de la corteza terrestre.

“Por eso el circón es asombroso, porque aunque las rocas que componen los continentes fueron destruidas, el circón sobrevivió en el registro sedimentario", dijo el Dr. Moreira. Los científicos han utilizado anteriormente cristales de circón para estudiar la historia de la corteza continental de la Tierra, pero aún no ha sido suficiente para proporcionar un consenso definitivo sobre cómo comenzó la tectónica de placas, dice.

“Después de analizar cientos de miles de ellos, todavía no tenemos un acuerdo", dijo el Dr. Moreira, miembro del proyecto MILESTONE, dirigido por el Dr. Bruno Dhuime, investigador en geociencias del Centro Nacional de Investigación Científica de Francia, también de la Universidad de Montpellier.

Los investigadores esperan utilizar estos cristales, que normalmente miden una décima de milímetro o aproximadamente el grosor de un cabello humano, para mejorar nuestra comprensión del tiempo y la evolución de la tectónica de placas.

El grupo MILESTONE perforará a una escala aún más pequeña (alrededor de una centésima de milímetro) para examinar los rastros de apatita y minerales de feldespato atrapados dentro de los cristales de circonio. Los isótopos de estroncio y plomo en estas "inclusiones" pueden añadir detalles sin precedentes sobre la fuente de formación del circón y si esto ocurrió en los diversos tipos de magma debajo de placas estancadas o en movimiento, dice el Dr. Moreira.

“Será un paso crucial hacia una mejor comprensión de cómo evolucionó nuestro planeta", dijo. Si logramos medir la composición isotópica de estas pequeñas inclusiones, podríamos decir cuál era la composición de la roca de la que se cristalizó el circón. Tal vez podamos entender cómo evolucionó la corteza en ese punto y en qué tipo de entornos tectónicos se formó el magma".

Este análisis a pequeña escala ha sido posible gracias a la instalación de un laboratorio que contiene un espectrómetro de masas especializado y altamente sensible, equipo que mide las características de los átomos.

El equipo espera comenzar a analizar las muestras el próximo mes, investigando en última instancia las inclusiones en más de 5000 circones de diferentes edades de todo el mundo para construir una imagen a gran escala. “Lo que queremos hacer es determinar con precisión cuándo se globalizó la tectónica de placas en lugar de cuándo se localizó en puntos aislados aquí y allá", dijo el Dr. Moreira.

Estructuras subterráneas

En el extremo opuesto de la escala, otros investigadores han estado buscando pistas sobre los orígenes de la tectónica de placas en dos enormes estructuras de tamaño continental que se encuentran en las profundidades del subsuelo bajo las placas del Pacífico y de África.

Estas "pilas termoquímicas", misteriosas estructuras situadas a unos 2900 kilómetros bajo la superficie en el límite entre el núcleo y el manto de la Tierra, fueron descubiertas en la década de 1990 con la ayuda de la tomografía sísmica, es decir, la obtención de imágenes a partir de ondas sísmicas producidas por terremotos o explosiones. Se detectaron como zonas potencialmente más cálidas de material en las que las ondas sísmicas viajan a velocidades diferentes que en el manto circundante, pero todavía hay mucho debate sobre lo que son exactamente, incluyendo su composición, longevidad, forma y orígenes.

Durante las últimas dos décadas, ha surgido un debate “ardiente” sobre su vínculo propuesto con los movimientos en la superficie del planeta y, por lo tanto, su posible participación en la aparición de la tectónica de placas, explicó el Dr. Philip Heron, geocientífico que estudió las estructuras como investigador principal en el proyecto TEROPLATE de la Universidad de Durham. “Se piensa que estas pilas tienen un impacto en cómo se mueve el material dentro del planeta y, por lo tanto, en cómo se comporta la superficie a lo largo del tiempo", dijo. Los eventos en la superficie pueden a su vez impulsar su actividad.

Una teoría es que estos montones son estables durante largos períodos geológicos y sus bordes se corresponden con la posición de características clave involucradas en la tectónica de placas en la superficie de la Tierra, como los supervolcanes. Sin embargo, su extrema profundidad hace que estos montones sean difíciles de observar directamente. "Dado que estas estructuras están en lugares 100 veces más altos que el Monte Everest, pueden ser las cosas más grandes de nuestro planeta de las que menos sabemos", dijo el Dr. Heron.

Potencia de la supercomputadora

El proyecto TEROPLATE aprovechó la energía de la supercomputadora para investigar. Utilizando más de 1000 computadoras trabajando en tándem, el equipo desarrolló modelos 3D de la Tierra para mostrar cómo la supuesta composición química de las grandes regiones calientes en las profundidades del subsuelo podría influir en la formación y ubicación de las plumas del manto profundo.

Sin embargo, sus modelos indicaron que los montones podrían ser más pasivos en la tectónica de placas de lo que se pensó inicialmente y que el mundo seguiría formando características geológicas similares sin ellos. "Al observar la posición de grandes plumas de material que forman supervolcanes, nuestras simulaciones numéricas indicaron que los montones químicos no eran el factor de control", dijo el Dr. Heron. Pero añadió que estos hallazgos no eran totalmente concluyentes y también han abierto la puerta a otras vías interesantes de investigación, como explorar las implicaciones de que estas estructuras se mueven constantemente a través del manto en lugar de ser en gran medida estacionarias. "Da peso a la teoría de que las pilas químicas pueden no ser rígidas y fijas en nuestro planeta, y que la Tierra profunda puede evolucionar tan fácilmente como los continentes de nuestra superficie se mueven alrededor", dijo. "Es un impulso para empezar a buscar más profundamente".

Algunos de los resultados de TEROPLATE también indican que las pilas pueden haber sido lo suficientemente robustas para sobrevivir a los primeros comienzos de la Tierra. Eso hace que sea factible que hayan existido para el inicio de la tectónica de placas y, por lo tanto, que hayan tenido papeles en el proceso que aún no conocemos, añade el Dr. Heron.

Todo esto podría también tener implicaciones para entender nuestro propio lugar en la Tierra. Si, por ejemplo, la tectónica de placas evolucionó rápidamente en los primeros años de la historia de la Tierra, podría plantear preguntas como por qué la vida compleja no emergió antes o cuán estrechamente ligadas están, dice el Dr. Moreira.

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