Para comprender los recursos del futuro cercano, los geólogos necesitan comprender los volcanes del pasado distante. La exploración de antiguas cámaras de magma en lugares como Groenlandia tiene el potencial de proporcionar nuevas fuentes de metales raros que sustentan las tecnologías ecológicas modernas.

Muchos metales raros, como el neodimio, niobio y disprosio:esenciales para la producción de turbinas eólicas y automóviles eléctricos, se extraen de volcanes fósiles.

Los volcanes son la forma que tiene la naturaleza de llevar material de las profundidades de la tierra a la superficie. Los procesos de fusión dentro del manto, la parte interior de la Tierra entre el núcleo sobrecalentado y la fina corteza exterior, producen magma que se eleva cientos de kilómetros y finalmente entra en erupción a la superficie en forma de volcanes.

La corteza terrestre está formada por placas tectónicas semirrígidas que se mueven y chocan para formar montañas o se hunden unas debajo de otras en regiones llamadas zonas de subducción. El volumen de material traído a la superficie de la Tierra por los volcanes se equilibra con cantidades similares de material que regresan al manto a través de placas tectónicas que se hunden.

Esto apunta a lo que llamamos "ciclos de elementos, donde el material de las profundidades sube a la superficie a través de volcanes y luego regresa al manto a través de la subducción. Una de las grandes preguntas en Ciencias de la Tierra es qué sucede con este material subducido y cuánto tiempo permanece en el manto.

Volcanes fósiles

Nuestra investigación reciente estudió un grupo de volcanes antiguos en el sur de Groenlandia. Hace alrededor de 1.300 millones de años, Groenlandia era un paisaje volcánico con profundos valles de ruptura muy parecidos al África oriental moderna. Volcanes sustanciales entraron en erupción en la superficie terrestre y los principales sistemas fluviales similares al Nilo transportaron minerales de estos volcanes a áreas enormes.

Los ríos y volcanes de Groenlandia están ahora erosionados desde hace mucho tiempo, pero aún se pueden encontrar los sedimentos que transportó el río, y los "sistemas de plomería" volcánicos que operaban debajo de estos antiguos volcanes han conservado muestras de los magmas que estallaron.

Queríamos entender cómo el ciclo de los elementos se relaciona con la concentración de metales críticos en estos antiguos volcanes en Groenlandia. Si bien es útil estudiar los elementos valiosos en sí mismos, a veces podemos aprender más sobre los ciclos de los elementos de la Tierra al estudiar otros elementos asociados con ellos.

Azufre de huellas dactilares

En nuestro estudio utilizamos el elemento azufre del que existen cuatro formas estables (llamadas isótopos). Cada uno tiene una masa ligeramente diferente. Esto es importante porque los procesos naturales pueden separar selectivamente isótopos más ligeros de isótopos más pesados. Al igual que comer una bolsa de M &M's donde prefieres los rojos y dejar atrás los M &Ms marrones, Los procesos geológicos dan lugar a variaciones en las abundancias relativas de cada elemento en diferentes materiales.

Midiendo la cantidad de isótopos en las rocas, podemos aprender sobre los procesos que los formaron. Los isótopos de azufre son particularmente útiles porque los procesos bioquímicos y geoquímicos en la superficie de la Tierra (a bajas temperaturas) son muy eficientes para modificar las firmas de azufre. mientras que los procesos magmáticos (a altas temperaturas) no crean mucha variación entre azufre ligero y pesado.

Entonces, las variaciones en las firmas de azufre en las rocas magmáticas nos permiten tomar huellas dactilares de material de la corteza reciclado en la fuente del manto. Al elegir volcanes que estuvieron activos en diferentes períodos de tiempo geológico, reconstruimos cómo la composición del manto y el ciclo del azufre han variado a lo largo de la historia de la Tierra.

Los geólogos saben desde hace mucho tiempo que la superficie de la Tierra ha cambiado profundamente en los últimos 4.500 millones de años a medida que surgió la vida y se volvió progresivamente más compleja. La creciente huella de vida en el ciclo del azufre ha cambiado drásticamente la proporción de isótopos de azufre de los sedimentos en la superficie de la Tierra. pero esta huella no ha sido documentada previamente en rocas del manto.

Nuestro trabajo muestra por primera vez que la firma de azufre del manto de la Tierra cambió de una manera que coincide ampliamente con los cambios en el azufre en la superficie de la Tierra. Los impactos biológicos y atmosféricos en la firma del azufre de la superficie parecen haberse transferido hasta el interior de la Tierra.

Esto significa que la superficie y el manto de la Tierra están fuertemente conectados —uno responde a cambios en el otro— aunque las escalas de tiempo de este reciclaje siguen siendo desconocidas. Nuestros datos muestran que el azufre que alguna vez estuvo en la superficie de la Tierra regresó al manto a través de la actividad de las placas tectónicas y luego, hace 1.300 millones de años, regresó a la superficie en los volcanes de Groenlandia. Es como geologico deja Vu .

¿Un ciclo o muchos?

¿Cuántas veces se ha reciclado azufre entre la corteza terrestre y el manto durante el tiempo geológico? Actualmente no sabemos la respuesta a esto, pero nuestra investigación muestra una imagen de la Tierra como una cinta transportadora de elementos globales con el azufre superficial y el manto estrechamente vinculados.

El estudio tiene muchas implicaciones. Una cuestión importante en geología es cómo se forman los depósitos de metales raros, particularmente los metales de alta tecnología que son esenciales para la revolución de la energía verde. The story from sulfur seems to be consistent with our work on other isotopes. Por ejemplo, one of the world's biggest deposits of the element tantalum (used in electronics and also concentrated in one of the ancient volcanoes in Greenland) has isotopic fingerprints that also hint at crustal recycling.

It may be that these global cycles have taken elements from surface to mantle and back again many times, effectively concentrating those elements each time. The global cycle that we have documented in sulfur may be an essential precursor to generate the metal deposits that are crucial to modern technologies. By understanding plate tectonics and magmatic processes that took place billions of years ago, we gain insights into how to identify and understand the mineral resources of the future.

Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original.