Cada una de las pequeñas rocas en este montaje circular es aproximadamente la mitad de una muestra de manto sintético, después de que se haya calentado y aplastado en el aparato de pistón-cilindro, luego cortar y pulir. Sarafian coloca sus muestras en este soporte para analizar su contenido de agua mediante espectrometría de masas de iones secundarios (SIMS). Crédito:Foto de Jayne Doucette, Institución Oceanográfica Woods Hole
La temperatura del interior de la Tierra afecta todo, desde el movimiento de las placas tectónicas hasta la formación del planeta.
Un nuevo estudio dirigido por la Institución Oceanográfica Woods Hole (WHOI) sugiere que el manto, en su mayoría sólido, La parte rocosa del interior de la Tierra que se encuentra entre su núcleo sobrecalentado y su capa de la corteza exterior puede estar más caliente de lo que se creía. El nuevo hallazgo publicado el 3 de marzo en la revista Ciencias , podría cambiar la forma en que los científicos piensan sobre muchos temas en las ciencias de la Tierra, incluida la forma en que se forman las cuencas oceánicas.
"En las dorsales oceánicas, las placas tectónicas que forman el fondo marino se separan gradualmente, "dijo la autora principal del estudio, Emily Sarafian, estudiante de posgrado en el Programa Conjunto MIT-WHOI. "La roca del manto superior se eleva lentamente para llenar el vacío entre las placas, derritiéndose a medida que disminuye la presión, luego se enfría y se vuelve a solidificar para formar una nueva corteza a lo largo del fondo del océano. Queríamos poder modelar este proceso, así que necesitábamos saber la temperatura a la que la roca del manto ascendente comienza a derretirse ".
Pero determinar esa temperatura no es fácil. Dado que no es posible medir la temperatura del manto directamente, los geólogos deben estimarlo a través de experimentos de laboratorio que simulan las altas presiones y temperaturas dentro de la Tierra.
El agua es un componente crítico de la ecuación:cuanta más agua (o hidrógeno) en la roca, cuanto menor sea la temperatura a la que se derretirá. Se sabe que la roca de peridotita que forma el manto superior contiene una pequeña cantidad de agua. "Pero no sabemos específicamente cómo la adición de agua cambia este punto de fusión, "dijo el consejero de Sarafian, El geoquímico de WHOI Glenn Gaetani. "Así que todavía hay mucha incertidumbre".
Imagen de uno de los experimentos de imitación de laboratorio del equipo, que se realizó en una cápsula hecha de aleación de oro-paladio. Las cajas negras resaltan la ubicación de los granos de olivino, y los hoyos oscuros en los olivinos son medidas reales del contenido de agua del olivino. La peridotita es la matriz de grano superfino. Crédito:Emily Sarafian.
Para averiguar cómo el contenido de agua de la roca del manto afecta su punto de fusión, Sarafian realizó una serie de experimentos de laboratorio utilizando un aparato de pistón-cilindro, una máquina que utiliza corriente eléctrica, placas de metal pesado, y pilas de pistones para magnificar la fuerza y recrear las altas temperaturas y presiones que se encuentran en el interior de la Tierra. Siguiendo la metodología experimental estándar, Sarafian creó una muestra de manto sintético. Ella usó un conocido estandarizó la composición mineral y se secó en un horno para eliminar la mayor cantidad de agua posible.
Hasta ahora, en experimentos como estos, Los científicos que estudian la composición de las rocas han tenido que asumir que su material de partida estaba completamente seco. porque los granos minerales con los que están trabajando son demasiado pequeños para analizarlos en busca de agua. Después de ejecutar sus experimentos, corrigen su punto de fusión determinado experimentalmente para tener en cuenta la cantidad de agua que se sabe que está en la roca del manto.
"El problema es, los materiales de partida son polvos, y adsorben el agua atmosférica, "Sarafian dijo." Entonces, si le agregaste agua o no, hay agua en tu experimento ".
Sarafian adoptó un enfoque diferente. Ella modificó su muestra inicial agregando esferas de un mineral llamado olivino, que ocurre naturalmente en el manto. Las esferas aún eran diminutas, de unos 300 micrómetros de diámetro, o del tamaño de granos de arena fina, pero eran lo suficientemente grandes como para que Sarafian analizara su contenido de agua usando espectrometría de masas de iones secundarios (SIMS). Desde allí, pudo calcular el contenido de agua de toda su muestra inicial. Para su sorpresa, descubrió que contenía aproximadamente la misma cantidad de agua que se sabe que hay en el manto.
Basado en sus resultados, Sarafian concluyó que el derretimiento del manto tenía que comenzar a una profundidad menor debajo del lecho marino de lo que se esperaba anteriormente.
En sus experimentos de laboratorio, Sarafian usó un aparato de pistón-cilindro, la máquina roja detrás de ella, para simular las altas presiones y temperaturas del manto de la Tierra. Las pesadas placas de acero inoxidable visibles en la mesa están apiladas en el aparato, con la pequeña muestra de manto sintético dentro de un 'recipiente a presión' debajo de ellos. Una vez que la máquina está encendida, los pistones aplican una presión masiva desde arriba y debajo de la muestra, que se calienta simultáneamente con corriente eléctrica. Crédito:Foto de Veronique LaCapra, Institución Oceanográfica Woods Hole
Para verificar sus resultados, Sarafian convirtió magnetotelúricos, una técnica que analiza la conductividad eléctrica de la corteza y el manto debajo del lecho marino. La roca fundida conduce la electricidad mucho más que la roca sólida, y utilizando datos magnetotelúricos, Los geofísicos pueden producir una imagen que muestre dónde se está produciendo la fusión en el manto.
Pero un análisis magnetotelúrico publicado en Naturaleza en 2013 por investigadores de la Institución de Oceanografía Scripps en San Diego mostró que la roca del manto se estaba derritiendo a una profundidad más profunda debajo del fondo marino de lo que habían sugerido los datos experimentales de Sarafian.
En primer lugar, Los resultados experimentales de Sarafian y las observaciones magnetotelúricas parecían estar en conflicto, pero sabía que ambos tenían que estar en lo correcto. Reconciliar las temperaturas y presiones que Sarafian midió en sus experimentos con la profundidad de fusión del estudio de Scripps la llevó a una conclusión sorprendente:el manto superior oceánico debe estar 60 ° C (~ 110 ° F) más caliente que las estimaciones actuales, "Dijo Sarafian.
Un aumento de 60 grados puede no parecer mucho en comparación con una temperatura del manto fundido de más de 1, 400 ° C. Pero Sarafian y Gaetani dicen que el resultado es significativo. Por ejemplo, un manto más caliente sería más fluido, ayudando a explicar el movimiento de placas tectónicas rígidas.
