En su tiempo libre el verano pasado, El geocientífico de la Universidad de Rice, Ming Tang, se acostumbró a comparar el contenido de niobio en varias rocas en una base de datos global de minerales. Lo que encontró valió la pena saltarse algunas noches con amigos.

En un artículo publicado este mes por Comunicaciones de la naturaleza , Espiga, El petrólogo de Rice Cin-Ty Lee y sus colegas ofrecieron una respuesta a una de las preguntas fundamentales de las ciencias de la Tierra:¿Dónde se forman los continentes?

"Si nuestras conclusiones son correctas, cada pedazo de tierra en el que estamos sentados tuvo su inicio en algún lugar como los Andes o el Tíbet, con superficies muy montañosas, "dijo Tang, autor principal del estudio e investigador asociado postdoctoral en el Departamento de Tierra de Rice, Ciencias Ambientales y Planetarias (EEPS). "Hoy dia, la mayoría de los lugares son planos porque esa es la etapa estable de la corteza continental. Pero lo que encontramos fue que cuando se formó la corteza, tenía que empezar con procesos de construcción de montañas ".

La conexión entre el niobio, uno de los elementos más raros de la Tierra, y la formación de continentes es una historia que se desarrolla a lo largo de miles de millones de años a escalas tan pequeñas como moléculas y tan grandes como cadenas montañosas. Los protagonistas principales son el niobio y el tantalio, metales raros tan parecidos que los geólogos a menudo los consideran gemelos.

"Tienen propiedades químicas muy similares y se comportan de manera casi idéntica en la mayoría de los procesos geológicos, ", Dijo Tang." Si mides tantalio y niobio, encuentra que su proporción es casi constante en el manto de la Tierra. Eso significa que cuando encuentre más niobio en una roca, encontrarás más tantalio, y cuando encuentre menos niobio, encontrará menos tantalio ".

El manto es la capa más gruesa de la Tierra, abarcando alrededor de 1, 800 millas entre el núcleo del planeta y su delgada corteza exterior. Los científicos de la tierra creen que poco si algo, se mueve entre el manto y el núcleo, pero el manto y todo lo que está sobre él:el fondo marino, océanos continentes y atmósfera:están conectados, y muchos de los átomos en la superficie de la Tierra hoy, incluyendo los átomos en humanos y otros seres vivos, han recorrido el manto una o más veces en los 4.600 millones de años de la Tierra.

Las rocas de los continentes son una excepción. Los geólogos han encontrado algunos que tienen hasta 4 mil millones de años, lo que significa que se formaron cerca de la superficie y permanecieron en la superficie, sin ser reciclado en el manto. Eso se debe en parte a la naturaleza de la corteza continental, que es mucho menos denso que las rocas basálticas debajo de los océanos de la Tierra. Sotavento, profesor y presidente del departamento de EEPS, dijo que no es una coincidencia que la Tierra sea el único planeta rocoso que se sabe que tiene tanto continentes como vida.

"Todos los días vivimos en continentes, y tomamos la mayor parte de nuestros recursos de los continentes, ", Dijo Lee." Tenemos oxígeno en el aire para respirar y la temperatura adecuada para mantener una vida compleja. Estas cosas son tan comunes que las damos por sentado, pero la Tierra no empezó con estas condiciones. Se desarrollaron más tarde en la historia de la Tierra. Y la aparición de continentes es una de las cosas que dieron forma a nuestro planeta y lo hicieron más habitable ".

Los científicos aún carecen de detalles sobre cómo comenzaron los continentes y cómo crecieron para cubrir el 30 por ciento de la superficie de la Tierra. pero una gran pista se relaciona con el niobio y el tantalio, los gemelos geoquímicos.

"De media, las rocas de la corteza continental tienen aproximadamente un 20 por ciento menos de niobio de lo que deberían en comparación con la roca que vemos en todas partes, ", Dijo Tang." Creemos que este niobio perdido está relacionado con el misterio de los continentes. Al resolver o encontrar el niobio que falta, podemos obtener información importante sobre cómo se forman los continentes ".

Los geólogos conocen el desequilibrio desde hace décadas. Y ciertamente sugiere que los procesos geoquímicos que producen la corteza continental también eliminan el niobio. Pero, ¿dónde estaba el niobio que faltaba?

Esa pregunta persistente llevó a Tang a pasar su tiempo libre examinando registros en la base de datos GEOROC del Instituto Max Planck. una colección global completa de análisis publicados de rocas volcánicas.

Según esas búsquedas y meses de pruebas de seguimiento, Espiga, Lee y sus colegas ofrecen la primera evidencia física de que los "arclogites" (que se pronuncian ARC-loh-jyts) son los responsables del niobio faltante. Las arclogitas se acumulan, la escoria sobrante que se acumula cerca de la base de los arcos continentales. En raras ocasiones, trozos de estos acumulados erupcionan en la superficie de los volcanes.

El grupo de Rice primero envió muestras de arclogita que Lee había recolectado en Arizona a su colaborador, Kang Chen, investigador de la Universidad de Geociencias de China en Wuhan. Chen pasó un mes obteniendo lecturas precisas de las cantidades relativas de niobio y tantalio en las muestras. Las rocas se crearon cuando las Altas Sierras eran un arco continental activo, como los Andes hoy.

Chen's tests confirmed high niobium-tantalum ratios, but to better understand the mechanism by which this signature was developed, Tang and Lee used high precision laser ablation and "inductively coupled plasma mass spectrometry" in Lee's laboratory at Rice to reveal the mineral rutile was responsible.

"Rutile is the mineral that hosts the niobium, " he said. "It's a naturally occurring form of titanium oxide, and it is what actually 'sees' the difference between niobium and tantalum and captures one more than the other."

But that happens only under specific conditions. Por ejemplo, Tang said that at temperatures above 1, 000 degrees Celsius, rutile traps normal ratios of tantalum and niobium. It only begins to prefer niobium when temperatures drop below 1, 000 degrees Celsius. Tang said the only known place with that set of conditions is deep beneath continental arcs, like the Andes today or the High Sierras about 80 million years ago.

"The reason you need high pressure is that titanium oxide is relatively rare, " he said. "You need very high pressure to force it to crystalize and fall out of the magma."

In an earlier arclogite study published in Science Advances last May, Tang and Lee discovered a subtle chemical signature that can explain why continental crust is iron-depleted. Lee said that finding and the discovery about rutile and niobium illustrate the central importance of continental arcs in Earth history.

"Continental arcs are like a magic system that links everything together, from climate and oxygen concentrations in the atmosphere to ore deposits, " Lee said. "They're a sink for carbon dioxide after they die. They can drive greenhouse or icehouse, and they are the building blocks of continents."