La Tierra de hoy es un planeta dinámico con una capa exterior compuesta de placas gigantes que se muelen juntas, deslizándose o sumergiéndose uno debajo del otro, dando lugar a terremotos y volcanes. Otros se separan en las crestas de las montañas submarinas, donde la roca fundida se extiende desde los centros de las principales cuencas oceánicas.

Pero una nueva investigación sugiere que este no fue siempre el caso. En lugar de, poco después de que la Tierra se formara y comenzara a enfriarse, La primera capa exterior del planeta era una sola, cáscara sólida pero deformable. Más tarde, esta cáscara comenzó a doblarse y agrietarse más ampliamente, dando lugar a la tectónica de placas moderna.

La investigación, descrito en un artículo publicado el 27 de febrero, 2017 en la revista Naturaleza , es la última salva en un debate de larga data en la comunidad de investigación geológica:¿comenzó la tectónica de placas de inmediato, una teoría conocida como uniformismo, o la Tierra pasó primero por una fase larga con una capa sólida que cubría todo el planeta? Los nuevos resultados sugieren que el modelo de capa sólida está más cerca de lo que realmente sucedió.

"Los modelos de cómo se formó la primera corteza continental generalmente se dividen en dos grupos:los que invocan la tectónica de placas de estilo moderno y los que no lo hacen, "dijo Michael Brown, profesor de geología en la Universidad de Maryland y coautor del estudio. "Nuestra investigación respalda este último:una 'tapa estancada' que forma la capa exterior del planeta al principio de la historia de la Tierra".

Para llegar a estas conclusiones, Brown y sus colegas de la Universidad Curtin y el Servicio Geológico de Australia Occidental estudiaron rocas recolectadas en East Pilbara Terrane, una gran área de corteza granítica antigua ubicada en el estado de Australia Occidental. Las rocas aquí se encuentran entre las más antiguas conocidas, que van desde los 3,5 hasta los 2,5 mil millones de años de edad. (La Tierra tiene aproximadamente 4.500 millones de años). Los investigadores seleccionaron específicamente granitos con una composición química generalmente asociada con arcos volcánicos, un signo revelador de la actividad tectónica de placas.

Brown y sus colegas también observaron rocas de basalto de la formación Coucal asociada. El basalto es la roca que se produce cuando los volcanes entran en erupción, pero también forma el fondo del océano, a medida que el basalto fundido entra en erupción en crestas extendidas en el centro de las cuencas oceánicas. En la tectónica de placas moderna, cuando el basalto del suelo oceánico llega a los continentes, se sumerge, o se subduce, debajo de la superficie de la Tierra, donde genera fluidos que permiten que el manto suprayacente se derrita y eventualmente cree grandes masas de granito debajo de la superficie.

Investigaciones anteriores sugirieron que los basaltos de Coucal podrían ser las rocas generadoras de los granitos en Pilbara Terrane, debido a las similitudes en su composición química. Brown y sus colaboradores se propusieron verificar esto, pero también para probar otra suposición de larga data:¿podrían los basaltos de Coucal haberse derretido para formar granito de alguna otra manera que no sea la subducción del basalto debajo de la superficie de la Tierra? Si es así, tal vez la tectónica de placas aún no estaba sucediendo cuando se formaron los granitos de Pilbara.

Para abordar esta pregunta, los investigadores realizaron cálculos termodinámicos para determinar los equilibrios de fase del basalto Coucal promedio. Los equilibrios de fase son descripciones precisas de cómo se comporta una sustancia en diversas condiciones de temperatura y presión, incluida 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 fases 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. Los equilibrios de fase se involucran un poco más con las rocas, que tienen composiciones químicas complejas que pueden asumir combinaciones minerales y características físicas muy diferentes en función de la temperatura y la presión.

"Si sacas una piedra del estante y la derrites, puede obtener un diagrama de fases. Pero estás atrapado con una composición química fija ", Dijo Brown." Con el modelado termodinámico, puedes cambiar la composición, presión y temperatura independientemente. Es mucho más flexible y nos ayuda a responder algunas preguntas que no podemos abordar con experimentos en rocas ".

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 podría haber ocurrido en una Tierra antigua sin tectónica de placas. Sus resultados sugieren que, Por supuesto, los granitos de Pilbara podrían haberse formado a partir de los basaltos de Coucal.

Más al punto, esta transformación podría haber ocurrido en un escenario de presión y temperatura consistente con una "tapa estancada, "o una sola capa que cubre todo el planeta.

La tectónica de placas afecta sustancialmente la temperatura y la presión de las rocas dentro del interior de la Tierra. Cuando una losa de roca se subduce bajo la superficie de la Tierra, la roca comienza relativamente fría y tarda un tiempo en calentarse. Cuando 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 del agua.

A diferencia de, un régimen de "tapa estancada" sería muy caliente a profundidades relativamente bajas y presiones bajas. Los geólogos se refieren a esto como un "alto gradiente térmico".

"Nuestros resultados sugieren que los granitos de Pilbara se produjeron mediante la fusión de los basaltos de Coucal o materiales similares en un entorno de alto gradiente térmico, "Dijo Brown". Además, la composición de los basaltos de Coucal indica que, también, provino de una generación anterior de rocas generadoras. Concluimos que un proceso de múltiples etapas produjo los primeros continentes de la Tierra en un escenario de 'tapa estancada' antes de que comenzara la tectónica de placas ".

"Los primeros continentes estables de la Tierra no se formaron por subducción, "Tim Johnson, Michael Brown, Nicolás Gardiner, Christopher Kirkland y Hugh Smithies, fue publicado el 27 de febrero de 2017 en la revista Naturaleza .