Un equipo de investigación internacional dirigido por el Prof. Dr. Tomoo Katsura en el Instituto de Investigación de Geoquímica y Geofísica Experimental de Baviera, Universidad de Bayreuth, ha descubierto por qué las rocas en el interior de la Tierra de repente se vuelven más viscosas a profundidades de 800 a 1200 km.
por la Universidad de Bayreuth
La causa de este cambio son las rocas enriquecidas en bridgmanita que constituyen la mayor parte del manto inferior de la Tierra por debajo de los 1.000 km. Estas rocas tienen un tamaño de grano mucho más grande que las rocas que se encuentran sobre ellas, lo que resulta en una alta viscosidad. Los nuevos hallazgos han sido publicados en la revista Nature .
La bridgmanita es el mineral más abundante en el manto inferior de la Tierra , que se extiende desde una profundidad de 660 km hasta los 2.900 km y ocupa aproximadamente la mitad de toda la Tierra. Científicos de Alemania, China, Francia, el Reino Unido y los EE. UU. han descubierto que el tamaño del grano de la bridgmanita aumenta a unos 1000 km de profundidad, ya que las rocas del manto inferior se enriquecen con bridgmanita a medida que aumenta la profundidad. Como resultado, hay un marcado aumento en la viscosidad en la parte menos profunda del manto inferior porque la viscosidad tiene una dependencia positiva del tamaño de grano.
La parte menos profunda del manto inferior consiste en pirolita. Esta roca contiene un 20% en volumen de otros minerales además de bridgmanita. Estos minerales adicionales previenen el crecimiento de granos de bridgmanita. Por otro lado, hay proporciones mucho más pequeñas de dichos minerales en las rocas enriquecidas con bridgmanita, donde la bridgmanita puede crecer libremente hasta formar granos grandes.
El salto de viscosidad resultante afecta a una amplia gama de procesos geofísicos y geoquímicos. «Aunque las placas subducidas se hunden con bastante suavidad en el manto inferior, su hundimiento se ralentiza en la parte poco profunda del manto inferior. Por otro lado, el afloramiento de las plumas del manto, que producen volcanes en diferentes áreas de la superficie de la Tierra, parece se vuelven rápidos por encima de los 1000 km de profundidad. Aunque estas observaciones fueron difíciles de entender, ahora podemos explicarlas racionalmente», dice el primer autor, el Prof. Dr. Hongzhan Fei, quien fue investigador en el Instituto de Investigación de Geoquímica y Geofísica Experimental de Baviera y ahora es profesor en una de las mejores universidades de China, la Universidad de Zhejiang en Hangzhou.
Las rocas altamente viscosas enriquecidas con bridgmanita se formaron en la historia temprana de la Tierra. Debido a que son tan viscosos, la convección del manto no puede mezclarlos con otros componentes del manto. Como resultado, las rocas enriquecidas con bridgmanita se han conservado en el manto inferior profundo durante miles de millones de años.
El Prof. Dr. Tomoo Katsura, Presidente de Estructura y Dinámica del Material de la Tierra en el BGI, relaciona los nuevos resultados de la investigación con las observaciones sísmicas. «Los sismólogos han demostrado que muchas losas subducidas están estancadas en la capa entre 600 y 1500 km de profundidad. También han demostrado que, aunque las columnas se elevan verticalmente y se pueden visualizar claramente por debajo de una profundidad de 1000 km, se vuelven difíciles de visualizar por encima de esta profundidad. Nuestra nueva teoría puede explicar estas observaciones. Debido a que la viscosidad aumenta con la profundidad, las losas tienen dificultades para penetrar en regiones más profundas de 1000 km. Por otro lado, las plumas se elevan más rápido a esta profundidad, por lo que las plumas se vuelven más delgadas y difíciles de alcanzar. imagen», explica Katsura.
Más información: Hongzhan Fei et al, La variación en el tamaño de grano de bridgmanita explica el salto de viscosidad del manto medio, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06215-0
