La tectónica de placas hace 4 mil millones de años puede haber ayudado a iniciar la vida en la Tierra


La capa superficial más antigua de la Tierra que forma continentes, denominada corteza, tiene aproximadamente 4 mil millones de años y está compuesta por rocas volcánicas de 25 a 50 kilómetros de espesor conocidas como basaltos. 


por Hannah Bird, Phys.org


Originalmente, los científicos pensaban que una corteza litosférica completa cubría todo el planeta, en comparación con las placas individuales que vemos hoy en día, que se creía que habían comenzado a formarse sólo mil millones de años después. Sin embargo, las actitudes hacia esta hipótesis están siendo cuestionadas.

El mecanismo de formación de esta corteza continental es algo enigmático, y los académicos ahora sugieren que puede haber sido impulsado por la tectónica de placas, el movimiento de las principales placas superficiales de la Tierra a lo largo de miles de millones de años, formando las masas terrestres y las características topográficas que vemos hoy.

Una teoría se centra en cuándo convergen las placas, lo que a menudo hace que una se subduzca debajo de la otra, lo que resulta en una fusión parcial para cambiar la composición del magma, mientras que otra estudia mecanismos que ocurren dentro de la propia corteza (a menos de 50 km de profundidad) que están completamente separados de los límites de las placas . pero también causa fusión parcial.

Una nueva investigación publicada en Nature Geoscience informa sobre un trabajo experimental sobre un análogo de las mesetas oceánicas, grandes elevaciones planas con bordes empinados, que son representativas de esta corteza basáltica temprana que se formó inicialmente en el Eoarqueano (hace 3.600 a 4.000 millones de años).

La tectónica de placas hace 4 mil millones de años puede haber ayudado a iniciar la vida en la Tierra
Posibles métodos de formación de la corteza continental Eoarqueana. a) Sagducción (la corteza densa se hunde en el manto debido a la gravedad), b) superposición de la corteza continental en un límite de placa convergente donde es menos densa que el manto subyacente, y c) subducción poco profunda en un límite de placa convergente. Esta investigación apoya tanto los modelos b como c. Crédito: Hastie et al. 2023 y Nutman 2023.

El Dr. Alan Hastie, de la Universidad de Edimburgo, y sus colegas sometieron basaltos primitivos de la meseta oceánica de la meseta de Ontong Java, en el suroeste del Pacífico, a experimentos de fusión a alta presión y temperatura.

Esta corteza continental revelada no podría formarse a presiones <1,4 GigaPascales (GPa) que ocurren hasta 50 km de profundidad, lo que indica que tales magmas se formaron durante zonas de subducción convergentes. En consecuencia, sugieren que la tectónica de placas, aunque sólo fuera una forma primitiva, existió hace 4 mil millones de años.

Este conocimiento es poderoso ya que las placas tectónicas son responsables de la erosión, la deposición, la formación de montañas y la actividad volcánica, que desempeñan diversas funciones en la formación de la corteza continental. El equipo de investigación sugiere que los gases liberados por el vulcanismo, especialmente el monóxido de carbono y el metano, pueden haber ayudado al inicio de la vida en la Tierra al ser una fuente de moléculas prebióticas que dieron lugar a los primeros organismos microbianos.

Más allá de la Tierra, la corteza continental rica en sílice también se ha encontrado en volúmenes más pequeños en Marte y Venus, lo que ofrece información sobre el papel de las placas tectónicas en el sistema solar en general.

El Dr. Hastie y sus colegas investigaron la estabilidad de varios minerales a diferentes presiones (1,2 a 1,4 GPa, equivalente a ~40 a 50 km de profundidad) para determinar en qué punto se transformaban, con temperaturas potenciales del manto que alcanzaban entre 1.500 y 1.650 °C. Los minerales clave para el estudio fueron el granate (que se sabe que es estable a presiones >1GPa, lo que equivale a ~30 km de profundidad) y feldespato plagioclasa (estable hasta ~1,8GPa, ~60 km de profundidad), rutilo (estable a 0,7-1,6GPa, ~25–55 km de profundidad) y anfíbol (controla las reacciones de fusión por deshidratación).

Los resultados experimentales encontraron que el granate y el rutilo no se estabilizaron a <1,4 GPa (~45 a 50 km de profundidad), que era más alto de lo que habían encontrado estudios anteriores, pero el equipo atribuye a que su corteza oceánica inicial tenía un mayor contenido de magnesio, más en línea con la composición esperada de la corteza máfica Eoarqueana (rica en hierro y magnesio).

También realizaron un experimento inverso en el que cultivaron cristales de granate a una presión más alta (2GPa) antes de someterlos a una presión más baja de 1,4GPa y descubrieron que los cristales de granate comenzaron a romperse. Posteriormente, descubrieron que una presión de ~1,6GPa (>50–55 km de profundidad) era estable para el granate, lo que aumentaba la creencia previa de estabilidad en 1GPa y, por lo tanto, aumentaba la profundidad de la formación. En consecuencia, la subducción es el mecanismo más adecuado para explicar esta respuesta.

El modelado también sugiere que los magmas primitivos fueron sometidos a cristalización fraccionada a medida que ascendían a través de la corteza, mediante la cual los cristales se separaban del magma líquido, dejando el magma restante empobrecido en ciertos elementos utilizados en los cristales iniciales, por lo que la composición cambia continuamente a medida que se forman más cristales.

A través de esto, el equipo de investigación identificó la cristalización de anfíboles como un factor importante en la fusión parcial, debido a que se trata de un mineral hidratado que puede haber sido incorporado a la corteza mediante volcado y entierro. Esto coincide con firmas de rocas volcánicas Eoarqueanas conocidas , como tonalitas y trondhjemitas.

Se cree que el cinturón de piedras verdes de Isua, en Groenlandia, y el Cratón de esclavos arcaicos, en Canadá, son dos restos de márgenes de placas convergentes sobre antiguas zonas de subducción. En tales áreas, los magmas metabásicos (rocas basálticas y afines metamorfoseadas) se habrían mezclado con fluidos de la corteza subductora en fusión para producir nuevos magmas ricos en sílice, el comienzo de un ciclo de destrucción y renacimiento continental que ha dado forma al mundo que vemos hoy.

Más información: Alan R. Hastie et al, Formación profunda de la corteza continental más temprana de la Tierra consistente con la subducción, Nature Geoscience (2023). DOI: 10.1038/s41561-023-01249-5

Allen P. Nutman, Formando la corteza más antigua que se conserva, Nature Geoscience (2023). DOI: 10.1038/s41561-023-01252-w



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