Ciencia

La Tierra comenzó con una capa externa sólida

Nuevas investigaciones sugieren que nuestro planeta comenzó con una capa exterior única

27.02.2017 | 20:32
La Tierra pudo haber comenzado con una capa única

La Tierra de hoy es un planeta dinámico con una capa externa compuesta de placas gigantes que se mueven juntas, deslizándose o sumergiéndose una debajo de otra, dando lugar a terremotos y volcanes, lo que se conoce como placas tectónicas. Otras se separan en forma de cordilleras submarinas, donde la roca fundida se extiende desde los centros de las principales cuencas oceánicas.

Pero una nueva investigación publicada en 'Nature' sugiere que no siempre fue así, sino que poco después de que la Tierra se formara y comenzara a enfriarse, la primera capa externa del planeta era una cáscara única, sólida pero deformable. Más tarde, este caparazón comenzó a doblarse y agrietarse más ampliamente, dando lugar a la moderna tectónica de placas.

Hace mucho tiempo que existe un debate en la comunidad de investigación geológica sobre si la tectónica de placas comenzó de inmediato --una teoría conocida como uniformitarianismo-- o si la Tierra pasó primero por una fase larga con una capa exterior sólida que cubría todo el planeta. Los nuevos resultados sugieren que el modelo de un caparazón sólido se acerca más a lo que realmente sucedió.

"Generalmente, los modelos de cómo se forma la primera corteza continental se dividen en dos grupos: los que evocan la tectónica de placas de estilo moderno y los que no lo hacen", resume el coautor del estudio Michael Brown, profesor de Geología en la Universidad de Maryland, en Estados Unidos. "Nuestra investigación apoya el último: una 'cubierta estancada' que formaba la capa externa del planeta temprano en la historia de la Tierra", subraya.

Rocas de 3.500 millones de años

Para llegar a estas conclusiones, Brown y sus colegas de la Universidad de Curtin, en Australia, y el Estudio Geológico de Australia Occidental analizaron rocas recogidas en el terreno oriental de Pilbara, una gran área de corteza granítica antigua ubicada en el estado de Australia Occidental. Las rocas de esta zona están entre las más antiguas conocidas, que van desde hace alrededor de 3.500 a 2.500 millones de años de edad. La Tierra tiene aproximadamente 4.500 millones de años de antigüedad.

Los investigadores seleccionaron específicamente granitos con una composición química usualmente asociada con arcos volcánicos, un signo revelador de la actividad tectónica de las placas. Brown y sus colegas también observaron rocas basálticas de la formación de Coucal asociada. El basalto es la roca que se produce cuando los volcanes entran en erupción, pero también forma el fondo del océano, mientras el basalto fundido entra en erupción en las crestas extendidas en el centro de las cuencas del océano.

En la moderna tectónica de placas, cuando el basalto del suelo del océano llega a los continentes, se sumerge o subduce bajo la superficie de la Tierra, donde genera fluidos que permiten que el manto superpuesto se derrita y, eventualmente, se crean grandes masas de granito debajo de la superficie. Investigaciones anteriores han sugerido que los basaltos de Coucal podrían ser las rocas de origen de los granitos en Pilbara, debido a las similitudes en su composición química.

Brown y sus colaboradores se dispusieron a verificar esta cuestión, pero también a probar otro supuesto en debate desde hace mucho tiempo: ¿podrían los basaltos de Coucal fundirse para formar granito de alguna manera que no sea la subducción del basalto bajo la superficie de la Tierra? Si es así, tal vez la tectónica de placas todavía no se estaba produciendo cuando se formaron los granitos de Pilbara.

Termondinámica

Los investigadores realizaron cálculos termodinámicos para determinar el equilibrio de fase promedio del basalto de Coucal. Los equilibrios de fase son descripciones precisas de cómo una sustancia se comporta bajo diversas condiciones de temperatura y presión, incluyendo la temperatura a la que comienza la fusión, la cantidad de masa fundida producida y su composición química.

Por ejemplo, uno de los diagramas de equilibrio de fase más simples describe el comportamiento del agua: a bajas temperaturas y/o altas presiones, el agua forma hielo sólido, mientras que a altas temperaturas y/o bajas presiones el agua forma vapor gaseoso. El equilibrio de fase se involucra un poco más con las rocas, que tienen composiciones químicas complejas que pueden adoptar combinaciones de minerales muy diferentes y características físicas en función de la temperatura y la presión.

"Si coges una piedra de una placa y la derrites, puedes obtener un diagrama de fases, pero estás atascado en una composición química fija --subraya Brown--. Con el modelado termodinámico, puede cambiar la composición, la presión y la temperatura de forma independiente, es mucho más flexible y nos ayuda a responder a algunas preguntas que no podemos abordar con experimentos sobre rocas".

'Cubierta estancada'

Utilizando los basaltos de Coucal y los granitos de Pilbara como punto de partida, Brown y sus colegas construyeron una serie de experimentos de modelado para reflejar lo que pudo haber ocurrido en una Tierra antigua sin tectónica de placas. Sus resultados sugieren que, de hecho, que los granitos de Pilbara podrían haberse formado a partir de los basaltos del Coucal.

Incluso, esta transformación podría haber ocurrido en un escenario de presión y temperatura consistente con una "cubierta estancada", o un solo caparazón cubriendo el planeta entero. La tectónica de placas afecta substancialmente a la temperatura y la presión de las rocas dentro del interior de la tierra. Cuando una losa de roca subduce bajo la superficie de la Tierra, la roca comienza relativamente fría y le lleva tiempo ir ganando calor. En el momento en que alcanza una temperatura más alta, la roca también ha alcanzado una profundidad significativa, que corresponde a alta presión, de la misma manera que un buceador experimenta una presión más alta a mayor profundidad de agua.

En contraste, un régimen de "cubierta estancada" podría ser muy caliente a profundidades relativamente bajas y presiones bajas. "Nuestros resultados sugieren que los granitos de Pilbara fueron producidos por la fusión de los basaltos de Coucal o materiales similares en un entorno de alto gradiente térmico --resume Brown--. Además, la composición de los basaltos de Coucal indica que también vinieron de una fuente de rocas generadas con anterioridad. Concluimos que un proceso de varias etapas produjo los primeros continentes de la Tierra en un escenario de 'cubierta estancada' antes de que comenzara la tectónica de placas"

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