En su tiempo libre el verano pasado, el geocientífico de la Universidad de Rice, Ming Tang, hizo un hábito de 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 , Tang, el petrólogo de Rice Cin-Ty Lee y sus colegas ofrecieron una respuesta a una de las preguntas fundamentales de la ciencia de la Tierra: ¿Dónde se forman los continentes?
"Si nuestras conclusiones son correctas, cada pedazo de tierra en el que estamos sentados comenzó en algún lugar como los Andes o el Tíbet, con superficies muy montañosas", dijo Tang, autor principal del estudio y asociado de investigación postdoctoral en Rice'sDepartamento de Ciencias de la Tierra, Ambientales y Planetarias EEPS. "Hoy en día, 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, tuvo que comenzar con la construcción de montañasprocesos "
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 durante miles de millones de años a escalas tan pequeñas como moléculas y tan grandes como cadenas montañosas. Los principales actores son el niobio y el tantalio, metales raros, por lo queigualmente 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 mide el tantalio y el niobio, encontrará que su proporción es casi constante en el manto de la Tierra. Eso significa que cuando encuentra más niobioen una roca, encontrará más tántalo, y cuando encuentre menos niobio, encontrará menos tántalo ".
El manto es la capa más gruesa de la Tierra, que abarca aproximadamente 1,800 millas entre el núcleo del planeta y su delgada corteza externa. Los científicos de la Tierra creen que poco, si es que hay 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, incluidos los átomos en los humanos y otros seres vivos, han pasado por el manto una o más veces en los 4.600 millones de años de la Tierra.
Las rocas en los continentes son una excepción. Los geólogos han encontrado algunas 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 recicladas en el manto. Esto se debe en parte aLa naturaleza de la corteza continental, que es mucho menos densa que las rocas basálticas debajo de los océanos de la Tierra. Lee, profesor y presidente del departamento de EEPS, dijo que no es casualidad que la Tierra sea el único planeta rocoso que tiene continentes y vida.
"Todos los días vivimos en continentes, y tomamos la mayoría 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 quelos damos por sentado, pero la Tierra no comenzó con estas condiciones. Se desarrollaron más tarde en la historia de la Tierra. Y la aparición de continentes es una de las cosas que moldearon 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.
"En promedio, las rocas en la corteza continental tienen aproximadamente un 20 por ciento menos de niobio de lo que deberían en comparación con la roca que vemos en cualquier otro lugar", dijo Tang. "Creemos que este niobio perdido está ligado al misterio de los continentes. Al resolver oal encontrar el niobio perdido, podemos obtener información importante sobre cómo se forman los continentes "
Los geólogos han sabido sobre el desequilibrio durante décadas. Y ciertamente sugiere que los procesos geoquímicos que producen la corteza continental también eliminan el niobio. ¿Pero dónde estaba el niobio faltante?
Esa molesta pregunta llevó a Tang a pasar su tiempo libre buscando registros en la base de datos GEOROC del Instituto Max Planck, una colección global exhaustiva de análisis publicados de rocas volcánicas.
Basado en esas búsquedas y meses de pruebas de seguimiento, Tang, Lee y sus colegas ofrecen la primera evidencia física de que los "arclogitos" pronunciados ARC-loh-jyts son responsables del niobio faltante. Los arclogitos son acumulados, los restos de escoriaque se acumula cerca de la base de los arcos continentales. En raras ocasiones, trozos de estos acumulados salen a la superficie de los volcanes.
El grupo Rice envió por primera vez muestras de arclogito 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 tantalioen las muestras. Las rocas fueron creadas cuando las Sierras Altas eran un arco continental activo, como los Andes de hoy.
Las pruebas de Chen confirmaron altas proporciones de niobio-tantalio, pero para comprender mejor el mecanismo por el cual se desarrolló esta firma, Tang y Lee utilizaron la ablación láser de alta precisión y la "espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente" en el laboratorio de Lee en Rice para revelar el mineral rutiloera responsable.
"El rutilo es el mineral que alberga el niobio", dijo. "Es una forma natural de óxido de titanio, y es lo que realmente 've' la diferencia entre el niobio y el tantalio y captura uno más que el otro".
Pero eso sucede solo bajo condiciones específicas. Por ejemplo, Tang dijo que a temperaturas superiores a 1,000 grados Celsius, el rutilo atrapa las relaciones normales de tántalo y niobio. Solo comienza a preferir el niobio cuando las temperaturas caen por debajo de 1,000 grados Celsius. Tang dijo que el únicoUn lugar conocido con ese conjunto de condiciones es profundo debajo de los arcos continentales, como los Andes de hoy o las Altas Sierras hace unos 80 millones de años.
"La razón por la que necesita alta presión es que el óxido de titanio es relativamente raro", dijo. "Se necesita una presión muy alta para obligarlo a cristalizarse y caerse del magma".
En un estudio anterior de arclogite publicado en Science Advances en mayo pasado, Tang y Lee descubrieron una sutil firma química que puede explicar por qué la corteza continental está agotada de hierro. Lee dijo que el hallazgo y el descubrimiento sobre el rutilo y el niobio ilustran la importancia central del continentalarcos en la historia de la Tierra.
"Los arcos continentales son como un sistema mágico que une todo, desde el clima y las concentraciones de oxígeno en la atmósfera hasta los depósitos de mineral", dijo Lee. "Son un sumidero de dióxido de carbono después de morir. Pueden conducir invernaderos o invernaderos, y son los componentes básicos de los continentes ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Original escrito por Jade Boyd. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :