Existen muchas preguntas abiertas sobre cómo se formó nuestro planeta hace 4.550 millones de años: ¿Cuándo comenzó la tectónica de placas? ¿Cuándo comenzó el manto terrestre a circular vigorosamente en un proceso llamado convección? ¿Cómo era la Tierra en sus inicios? Dado que no se conservan registros rocosos de los primeros años de la Tierra, los investigadores recurren a minerales llamados circones, que son resistentes a la alteración física y química a lo largo del tiempo y, por lo tanto, conservan un registro químico preciso de los momentos en que se formaron.
por Lori Dajose, Instituto Tecnológico de California
Algunos de los cristales de circón más antiguos tienen 4.400 millones de años. Ahora, un nuevo estudio de Caltech examina estos granos de circón más antiguos y descubre evidencia de dos hallazgos clave: primero, que la Tierra primitiva experimentó una oxidación rápida antes de lo que se creía y, segundo, que la tectónica de placas comenzó hace al menos 3.350 millones de años, lo que proporciona un dato clave en un debate muy debatido entre geocientíficos.
El trabajo fue dirigido por Shane Houchin (Maestría en Ciencias, 2022), estudiante de posgrado en el laboratorio de François Tissot, profesor de geoquímica e investigador del Instituto de Investigación Médica Heritage. Un artículo que describe la investigación se publica en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences .
Lo que los circones antiguos pueden revelar
Los cristales de circón se forman en el magma caliente y cristalizan en estructuras que, como los anillos de los árboles, reflejan las condiciones en las que crecieron. Los cristales de circón más antiguos, hallados principalmente en la región de Jack Hills , en Australia Occidental, proporcionan el mejor registro de la química del magma de la Tierra primitiva, que se remonta a más de 4000 millones de años.
En algún momento, algunas de las rocas que contenían estos granos de circón sufrieron metamorfismo , y una nueva generación de circón cristalizó en los bordes de los granos, formando bordes distintivos. Aunque los cristales de circón miden tan solo un cuarto de milímetro de largo, técnicas analíticas avanzadas permiten medir con precisión los oligoelementos (como el uranio y el titanio) encapsulados en los núcleos y bordes del circón, lo que proporciona pistas sobre el entorno en el momento de la formación del mineral.
«A falta de una máquina del tiempo, el circón es la única forma en que podemos estudiar muestras de la Tierra primitiva», afirma Tissot.
Revisando la imagen «infernal» de la Tierra primitiva
Durante mucho tiempo se ha imaginado que los primeros millones de años de la vida de la Tierra fueron un lugar infernal: una atmósfera de color rojo sangre, llena de humo y cenizas de volcanes activos, completamente seca y carente de oxígeno. Esta era, llamada el Hádico, se consideraba un entorno altamente «reducido», en lugar de «oxidado».
La oxidación y la reducción son dos medidas opuestas de la disponibilidad de electrones para impulsar las reacciones químicas, y la medición del estado de reducción-oxidación (o «redox») de una muestra permite inferir la cantidad de oxígeno en el ambiente. En un contexto geológico, esto se asocia comúnmente con la cantidad de agua presente durante la cristalización del magma. Un ambiente muy reducido sería muy seco, mientras que una mayor oxidación podría indicar una mayor cantidad de agua.
El equipo descubrió que el uranio presente en los bordes de los circones, que datan de hace 4.100 millones de años, estaba mucho más oxidado de lo esperado. Esto indica que, si la Tierra primitiva realmente comenzó como un entorno muy reducido, algún evento debió haber ocurrido para oxidar rápidamente el planeta en, como máximo, tan solo un par de cientos de millones de años tras su formación.
Las posibles opciones incluyen el aporte de agua mediante colisiones de cometas , un proceso de desgasificación o el inicio de una convección eficiente del manto terrestre antes de lo previsto. O, quizás, el planeta no comenzó siendo tan reducido como se preveía.
«Estos nuevos datos ayudan a desmitificar la imagen de la Tierra como un lugar muy reducido, infernal y seco en aquella época», afirma Houchin. «En cambio, la corteza parece oxidarse tan solo 350 millones de años después de su inicio, lo que indica que podría haber ya abundante agua en aquella época».
Pistas sobre la tectónica de placas temprana
El equipo también descubrió que los cristales de circón debieron experimentar un entorno de alta presión y temperatura relativamente baja tras su formación. Este entorno sugiere una zona de subducción, lo que indica que un gran fragmento de corteza transportó estos circones desde la superficie hasta las profundidades del planeta, donde experimentó altas presiones.
Los hallazgos sugieren, por lo tanto, que la tectónica de placas pudo haber estado activa hace al menos 3350 millones de años. La tectónica de placas proporciona el entorno dinámico y energético necesario para la evolución de la vida, y ha habido un gran debate entre los científicos sobre cuándo comenzó este proceso. Este nuevo estudio proporciona un nuevo dato crucial sobre la Tierra primitiva.
El estudio representa la primera aplicación de una técnica llamada oxibarometría U XANES (Absorción de Rayos X Cerca del Borde) para determinar el estado redox de la Tierra primitiva, específicamente mediante el examen de los estados de oxidación del uranio en antiguos cristales de circón. Para ello, el equipo colaboró con investigadores de la Fuente Avanzada de Fotones del Laboratorio Nacional de Argonne para utilizar sus instalaciones de sincrotrón. Houchin y el equipo esperan aplicar ahora la técnica U XANES para examinar cientos de granos de circón más que datan de otros períodos de la historia de la Tierra.
Detalles de la publicación
Shane K. Houchin et al., Magmas oxidados del Hádico y tectónica de tapa móvil del Arcaico revelada por el circón de Jack Hills, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2026). DOI: 10.1073/pnas.2525466123
