El manto de la Tierra está hecho de roca sólida que, sin embargo, circula lentamente durante millones de años. Algunos geólogos asumen que esta circulación lenta habría borrado cualquier rastro geoquímico de la historia temprana de la Tierra hace mucho tiempo. Pero un nuevo estudio dirigido por geólogos de la Universidad de Maryland ha encontrado nueva evidencia que podría remontarse a más de 4.500 millones de años.

Los autores del trabajo de investigación, publicado el 7 de abril en la revista Ciencias , estudió rocas volcánicas que recientemente hicieron erupción de volcanes en Hawai y Samoa. Las rocas contienen anomalías geoquímicas sorprendentes, las "huellas digitales" de las condiciones que existieron poco después de la formación del planeta.

Los investigadores aún no están seguros de cómo el manto de la Tierra conservó estas anomalías. Pero los resultados del grupo sugieren que algunas de estas rocas contienen material que sobrevivió a lo largo de toda la historia de la Tierra y que, después de todo, es posible que el interior del planeta no esté bien mezclado.

"Encontramos firmas geoquímicas que deben haber sido creadas hace casi 4.500 millones de años, "dijo Andrea Mundl, investigador postdoctoral en geología de la UMD y autor principal del estudio. "Fue especialmente emocionante encontrar estas anomalías en rocas tan jóvenes. Aún no sabemos cómo sobrevivieron estas firmas durante tanto tiempo, pero tenemos algunas ideas ".

Las firmas anómalas se encuentran en las proporciones de isótopos clave de dos elementos:tungsteno y helio.

En el caso del tungsteno, que tiene muchos isótopos, la proporción importante es tungsteno-182 a tungsteno-184. El isótopo más pesado, tungsteno-184, es estable y ha existido desde que se formó el planeta. Tungsteno-182, por otra parte, resulta de la desintegración del hafnio-182, que es muy inestable. Todo el hafnio-182 de origen natural se descompuso en los primeros 50 millones de años de la historia de la Tierra, dejando tungsteno-182 en su lugar.

El tungsteno y el hafnio se comportaron de manera muy diferente durante los primeros 50 millones de años del planeta. El tungsteno tiende a asociarse con metales, por lo que la mayor parte migró al núcleo de la Tierra, mientras que el hafnio, que tiende a asociarse con minerales de silicato, permaneció en el manto y la corteza terrestre. La mayoría de las rocas de la Tierra tienen una proporción similar de tungsteno-182 a tungsteno-184, y esta relación sirve como línea de base global. Los geólogos pueden aprender mucho de las rocas con una cantidad inusualmente alta o baja de tungsteno-182, lo que indica cuánto hafnio-182 estaba presente en la roca hace mucho tiempo.

"Casi todas estas anomalías se formaron dentro de los primeros 50 millones de años después de la formación del sistema solar, "Dijo Mundl." Se observan niveles más altos de lo normal de tungsteno-182 en rocas muy antiguas que probablemente contenían mucho hafnio hace mucho tiempo. Pero los niveles más bajos de tungsteno-182 son raros, y parecerse a lo que podríamos esperar ver en las profundidades de la superficie, en o cerca del núcleo metálico del planeta ".

Bastante seguro, Mundl y sus colegas observaron una cantidad inusualmente baja de tungsteno-182 en algunas de las rocas de Hawai y Samoa. Por sí mismo, la relación de isótopos de tungsteno es interesante, pero no lo suficiente para sacar conclusiones convincentes. Pero los investigadores también observaron que las mismas rocas contienen una proporción inusual de isótopos de helio.

El helio-3 es extremadamente raro en la Tierra, y tiende a aparecer en muestras de roca que no se han fundido ni reciclado desde que se formó el planeta. Helio-4, por otra parte, puede formarse a partir de la desintegración radiactiva del uranio y el torio. Una proporción más alta de lo normal de helio-3 a helio-4 típicamente indica rocas muy antiguas que no se han alterado significativamente desde que se formó el planeta.

"Las variaciones en la composición isotópica del helio se conocen desde hace mucho tiempo, pero nunca se han correlacionado con otros parámetros geoquímicos, "dijo Richard Walker, profesor y presidente del departamento de geología de la UMD y coautor del artículo. "Se ha especulado comúnmente que las rocas con altas proporciones de helio-3 a helio-4 contienen material del manto 'primitivo', pero no se sabía cuán primitivo. Nuestros datos de tungsteno muestran que es muy primitivo de hecho, con la región de origen muy probablemente formándose dentro de los primeros 50 millones de años de historia del sistema solar ".

Mundl, Walker y sus coautores sugieren algunos escenarios diferentes que podrían haber producido las anomalías de tungsteno y helio que observaron en rocas volcánicas de Hawai y Samoa. Quizás los volcanes están extrayendo material del núcleo de la Tierra, donde se espera que las proporciones favorezcan el tungsteno-182 bajo y el helio-3 alto.

Alternativamente, la superficie rocosa exterior de la Tierra podría haberse formado en parches, con vastos océanos de magma en el medio. Partes de estos océanos de magma pueden haberse cristalizado y hundido hasta el límite entre el manto y el núcleo, preservando las antiguas firmas de tungsteno y helio.

"Cada uno de estos escenarios contiene algunas inconsistencias que aún no podemos explicar, ", Dijo Mundl." Pero este es un resultado emocionante que seguramente generará muchas preguntas de investigación nuevas e interesantes ".