Una nueva investigación realizada por geoquímicos de la Universidad de Brown proporciona nuevos conocimientos sobre la escala a la que varía la composición química del manto de la Tierra. Los hallazgos podrían ayudar a los científicos a comprender mejor el proceso de mezcla de la convección del manto. el batido lento que impulsa el movimiento de las placas tectónicas de la Tierra.

"Sabemos que el manto es heterogéneo en composición, pero ha sido difícil determinar qué tan grandes o pequeñas podrían ser esas heterogeneidades, "dijo Boda Liu, un doctorado estudiante de geología en Brown. "Lo que mostramos aquí es que debe haber heterogeneidades de al menos un kilómetro de tamaño para producir la firma química que observamos en las rocas derivadas de los materiales del manto".

La investigación, que Liu fue coautor con Yan Liang, profesor del Departamento de Ciencias Planetarias y Ambientales de la Tierra de Brown, se publica en Avances de la ciencia .

La corteza terrestre está sobre una cinta transportadora en constante movimiento impulsada por el manto convectivo. En las dorsales oceánicas, los límites en el fondo del océano donde las placas tectónicas se separan unas de otras, La nueva corteza se crea por la erupción de magmas formados por el ascenso de los materiales del manto desde la profundidad. En las zonas de subducción, donde una placa tectónica se desliza debajo de otra, material de corteza vieja, degradado por procesos en la superficie, es empujado hacia abajo en el manto. Este reciclaje puede crear materiales de manto de composiciones diferentes o "enriquecidas", a lo que los geoquímicos se refieren como "heterogeneidades". Lo que sucede con ese material enriquecido una vez que se recicla no se comprende completamente.

"Esta es una de las grandes preguntas de las ciencias de la Tierra, "Dijo Liang." ¿Hasta qué punto la convección del manto mezcla y homogeneiza estas heterogeneidades? ¿O cómo se podrían preservar estas heterogeneidades? "

Los científicos aprenden sobre la composición del manto mediante el estudio de los basaltos de las dorsales oceánicas (MORB), rocas formadas por la solidificación de magmas estallaron en el lecho marino. Como huellas dactilares Las composiciones de isótopos de MORB se pueden usar para rastrear la fuente del manto de donde se derivaron.

Otro tipo de roca del fondo marino llamado peridotitas abisales es el manto sobrante después de la formación de MORB. Estos son trozos de roca del manto que alguna vez fueron el manto superior y luego se elevaron al lecho marino. Las peridotitas abisales tienen una composición isotópica diferente a la de los MORB que parecen provenir de la misma región del manto. Para explicar esa diferencia en la composición de isótopos, Los científicos han llegado a la conclusión de que los MORB están capturando la señal isotópica de las bolsas de material enriquecido, los restos de la corteza subducida conservados en el manto.

La pregunta que este nuevo estudio buscaba responder es qué tan grandes deberían ser esos bolsillos enriquecidos para que su firma isotópica sobreviviera al viaje a la superficie. A medida que el magma asciende hacia la superficie, interactúa con el manto ambiental, que tendería a amortiguar la señal del material enriquecido en la masa fundida. Para su estudio, Liu y Liang modelaron los procesos de fusión y transporte de magma. Descubrieron que para producir las diferentes señales isotópicas entre los MORB y las peridotitas abisales, las bolsas de material enriquecido en profundidad deberían tener al menos un kilómetro de tamaño.

"Si la escala de longitud de la heterogeneidad es demasiado pequeña, el intercambio químico durante el flujo de magma eliminaría las heterogeneidades, "Dijo Liang." Entonces, para producir la diferencia de composición que vemos, nuestro modelo muestra que la heterogeneidad debe ser de un kilómetro o más ".

Los investigadores esperan que su estudio añada una nueva perspectiva a la estructura a escala fina del manto producida por la convección del manto.

"Nuestra contribución aquí es dar una idea de cuán grandes podrían ser algunas de estas heterogeneidades, "Dijo Liang." Entonces la pregunta para la comunidad en general es:¿Cuáles podrían ser los procesos de manto profundo que pueden producir esto? "