Diagrama esquemático de la transferencia de agua y cloro por la corteza oceánica a la zona de transición del manto y la posterior captura del material resultante por una pluma del manto arcaico. Crédito:Evgeny Asafov
"El mecanismo que provocó que la corteza que había sido alterada por el agua de mar se hundiera en el manto funcionó hace más de 3.300 millones de años. Esto significa que un ciclo global de la materia, que sustenta la tectónica de placas moderna, se estableció dentro de los primeros mil millones de años de existencia de la Tierra, y el exceso de agua en la zona de transición del manto provino del antiguo océano en la superficie del planeta, "dijo el líder del proyecto y coautor del artículo Alexander Sobolev, miembro de la Academia de Ciencias de Rusia (RAS) y Doctor en Ciencias Geológicas y Mineralógicas, profesor en el Instituto Vernadsky de Geoquímica y Química Analítica de la Academia de Ciencias de Rusia.
La corteza terrestre consta de grandes bloques en movimiento continuo conocidos como placas tectónicas. Las montañas se producen cuando estas placas chocan y se elevan, y el impacto de las colisiones conduce a terremotos y tsunamis. Estas placas se mueven muy activamente bajo el Océano Mundial:vieja corteza oceánica, incluidos los minerales que han absorbido el agua de mar, se hunde profundamente en el manto de la Tierra. Parte de esta agua se libera nuevamente debido al efecto de las altas temperaturas y juega un papel en las erupciones volcánicas. como las que ocurren en Kamchatka, las islas Kuriles y Japón. El agua que permanece en los minerales de la corteza oceánica a temperaturas más altas continúa descendiendo hacia el manto profundo y se acumula a una profundidad de 410-660 km en la estructura de los minerales wadsleyita y ringwoodita y modificaciones de alta presión de olivino (silicato de hierro y magnesio ), el principal mineral del manto. Los experimentos han demostrado que estos minerales pueden contener cantidades significativas de agua y cloro. Así es como la mayor parte del Océano Mundial podría "bombearse" al interior del planeta durante los miles de millones de años de su existencia.
Este proceso es solo una parte del ciclo global de la materia de la Tierra, que se llama convección y apuntala la tectónica de placas, una característica que distingue a nuestro planeta de todos los demás cuerpos del Sistema Solar. Muchos científicos estudian este mecanismo, tratando de comprender en qué etapa de la historia de la Tierra apareció.
Para estudiar el manto de nuestro planeta e investigar su composición, Los geoquímicos (científicos que se especializan en la composición química de la Tierra y los procesos de formación de rocas) utilizan muestras de rocas volcánicas que consisten en magma solidificado del manto. Se trata de una masa fundida de silicato enriquecida en componentes volátiles, como el agua, dióxido de carbono, cloro y azufre. Hay diferentes tipos de magma:los científicos suelen utilizar lava basáltica (con una temperatura de aproximadamente 1200 ° C), pero magma komatitico, que entró en erupción durante la historia temprana de la Tierra, es más caliente (a 1500-1600 ° C). Puede ayudar a describir la evolución de las capas internas de la Tierra, ya que coincide con la composición del manto más completamente.
Vista del río Komati en Barberton Mountain Land (Sudáfrica). Crédito:Alexander Sobolev
Las komatiitas son un tipo de roca volcánica que se formó a partir de magma komatiítica hace miles de millones de años y cuya composición ha cambiado drásticamente en las épocas intermedias. Ya no proporciona información sobre el contenido de componentes volátiles, como agua y cloro. Pero estas rocas todavía contienen restos del olivino mineral magmático, que atrapó inclusiones de magma solidificado durante el proceso de cristalización y las protegió de cambios posteriores. Tales inclusiones, solo decenas de micrones de ancho, conservar información detallada sobre la composición de los fundidos komatiitic, incluido el contenido de agua y cloro y la composición isotópica del hidrógeno. Para extraer esta información, Las inclusiones de magma solidificado deben calentarse hasta el punto de fusión natural de más de 1500 ° C y luego templarse inmediatamente para producir vidrio templado transparente que luego se puede utilizar para análisis químicos.
En 2016, un grupo internacional encabezado por científicos del Instituto Vernadsky de Geoquímica y Química Analítica estudió el magma komatiítico del cinturón de piedra verde de Abitibi en Canadá, que tiene 2.700 millones de años. Los cinturones de piedra verde son territorios formados por rocas magmáticas que contienen minerales verdosos. Este fue el primer artículo que el equipo publicó en Naturaleza como parte del proyecto apoyado por la subvención de la Russian Science Foundation. En ese tiempo, los científicos recopilaron datos iniciales sobre el contenido de agua y una variedad de elementos lábiles, como el cloro, plomo y bario, en la zona de transición entre las capas del manto superior e inferior a una profundidad de 410-660 km, lo que los llevó a plantear la hipótesis de que alguna vez existió una antigua reserva de agua subterránea que era comparable en masa al Océano Mundial actual. Los científicos creen que tal cantidad de agua se acumuló en las primeras etapas del desarrollo de la Tierra.
"En el nuevo artículo, Presentamos datos geoquímicos que indican que el ciclo de inmersión global de la corteza oceánica en el manto comenzó mucho antes de lo que creían la mayoría de los expertos. y podría haber funcionado ya en los primeros mil millones de años de la historia de la Tierra, "señaló Alexander Sobolev.
En el transcurso del trabajo, los científicos investigaron una vez más la composición del magma komatiita, pero de un origen diferente:se recogió del cinturón de piedra verde de Barberton en Sudáfrica, que tiene 3.300 millones de años. El magma se calentó utilizando un aparato especializado de alta temperatura que puede soportar temperaturas de hasta 1700 ° C. Los geoquímicos descubrieron que el reservorio que contiene agua profunda previamente descubierto ya estaba presente en el manto de la Tierra en la era Paleoarquea. 600 millones de años antes de lo establecido en el estudio anterior.