Se muestran las nubes sobre Australia. Crédito:NASA
Los geofísicos del Earth-Life Science Institute (ELSI) del Instituto de Tecnología de Tokio informan en Naturaleza Geociencia un nuevo modelo para la existencia de un sistema de cinta transportadora de manto profundo que puede haber operado dentro de la Tierra desde su formación hace unos 4.500 millones de años.
La mayoría de los terremotos volcanes, edificio de montaña, expansión del fondo marino, y otras actividades geológicas importantes en la Tierra son impulsadas por la llamada tectónica de placas, donde grandes secciones de la corteza terrestre se mueven como bloques o placas coherentes que chocan entre sí, separar, deslizarse uno encima del otro, y se cruzan en sus límites. Debajo de las placas se encuentra el manto rocoso de 3000 km de espesor, compuesto de roca caliente y flexible que se deforma y se agita lentamente bajo las inmensas presiones y temperaturas del interior profundo. Este movimiento de batido o convección del manto, actúa para eliminar el calor del interior de la Tierra, similar a la circulación en una olla de estofado que hierve lentamente. La convección del manto finalmente impulsa el movimiento de las placas tectónicas. Sucesivamente, los platos también revuelven el manto, donde se subducen debido a que se deslizan uno encima del otro, y se hunde a través del manto hasta grandes profundidades.
Los científicos se han preguntado durante mucho tiempo si el manto de la Tierra está bien mezclado por esta agitación y los movimientos convectivos agitados (convección del manto), o si la parte inferior del manto es diferente en composición a la parte superior. Que algunas placas están subducidas hasta la base misma del manto, viajar 3000 km en unos 200 millones de años, tradicionalmente se ha tomado como evidencia de un guiso de manto bien revuelto y mezclado.
El guiso del manto terrestre mal mezclado
En esta investigación, los científicos adoptaron un nuevo enfoque al considerar si la composición química de las rocas del manto afecta el movimiento convectivo agitado. Algunas rocas se deforman y fluyen más fácilmente que otras, comportándose como el agua a diferencia de los líquidos de alta viscosidad como la miel. Por ejemplo, verter agua en una olla de estofado da como resultado que el agua se mezcle con el estofado incluso sin mucha agitación. No hace falta decir que, la miel tardaría mucho más en mezclarse con el estofado. Notablemente, si se ponen albóndigas en estofado, entonces ambos componentes nunca se mezclarán. Aunque las bolas de masa son generalmente deformables; el guiso hirviendo simplemente fluye alrededor de las albóndigas porque es mucho más deformable, o menos viscoso, que albóndigas.
Ahora, en la tierra, Las rocas del manto inferior se comportan más como estofado que como albóndigas (o más como agua que como miel) dependiendo de su composición química. Si las rocas del manto inferior están relativamente enriquecidas en sílice (o SiO2, que también es el componente principal de la arena), son más viscosas y se comportan más como bolas de masa en comparación con las rocas empobrecidas en sílice, que son más débiles y se comportan más como el propio guiso. Esto es intrigante porque muchos meteoritos que se consideran los componentes básicos de la Tierra tienen un mayor contenido de sílice que las rocas en la parte superior del manto de la Tierra. Para compensar el agotamiento de la sílice en la mayoría de las rocas del manto que se han sondeado, al menos algunas rocas del manto inferior deberían ser relativamente ricas en sílice. Entonces, el manto de la Tierra podría ser un poco como un bien mezclado, estofado pobre en sílice con algunas albóndigas ricas en sílice mal mezcladas cerca de su base.
Para estudiar el movimiento de batido del guiso de manto, Maxim Ballmer y sus colegas de ELSI agregaron una fuerte capa rica en sílice en simulaciones numéricas de convección del manto. Ellos encontraron que después de un vuelco importante de la estratificación impuesta inicialmente, el manto se organizó en grandes celdas de convección en forma de rollo, donde rocas débiles empobrecidas en sílice llenan el manto superior y circulan alrededor de fuertes bloques ricos en sílice en el manto inferior a lo largo de una cinta transportadora gigante (Figura 1).
Fig. 1. Convección del manto con mezcla ineficaz. Las rocas pobres en sílice (verdes) circulan alrededor de dominios coherentes de antiguas rocas ricas en sílice (gris). Crédito:Instituto de Tecnología de Tokio
¿Bloques gigantes de rocas antiguas escondidas debajo de África y el Pacífico?
En las simulaciones, este patrón de convección agitada se mantuvo estable durante muchos miles de millones de años, y más largo que la edad de la Tierra. Los fuertes bloques ricos en sílice del manto inferior tienen probablemente más de 1000 km de diámetro y 10, 000 km de largo, constituyendo aproximadamente el 15% de la masa del manto. Ballmer y sus colegas piensan que están ocultos muy por debajo de África y el Pacífico, con forma de salchichas gigantes o rosquillas.
La existencia de dominios tan fuertes puede explicar por qué algunas de las placas subducidas no se hunden hacia la base del manto. sino un estanque a profundidades intermedias, donde se encuentran con las salchichas fuertes o las rosquillas. La estabilidad a largo plazo de estos dominios puede explicar aún más la diversidad geoquímica de las lavas de origen profundo en la superficie de la Tierra. Si bien algunas lavas están relacionadas con el derretimiento de rocas del manto que se han reciclado de la corteza cercana a la superficie y han circulado a través del manto, otros trazan evidencia de dominios antiguos que han evitado la circulación y el reciclaje desde los primeros días de nuestro planeta.
La supervivencia de rocas antiguas en el manto convectivo ha sido un enigma de larga data para muchos científicos. pero ahora puede resolverse como consecuencia de una mezcla ineficaz entre rocas fuertes enriquecidas con sílice y el manto mucho más débil empobrecido en sílice.
