La tectónica de placas ha moldeado la superficie de la Tierra durante miles de millones de años: los continentes y la corteza oceánica se han empujado y tirado el uno del otro, reorganizando continuamente la fachada del planeta. Cuando dos placas masivas chocan, una puede ceder y deslizarse debajo de la otra en un procesollamada subducción. La losa subducida se desliza hacia abajo a través del manto viscoso de la Tierra, como una piedra plana a través de un charco de miel.
En su mayor parte, las losas subductoras de hoy en día solo pueden hundirse hasta cierto punto, a unos 670 kilómetros por debajo de la superficie, antes de que el maquillaje del manto cambie de una consistencia similar a la miel, a la pasta, demasiado denso para que la mayoría de las losas penetren aún másLos científicos sospechan que este filtro de densidad existió en el manto durante la mayor parte de la historia de la Tierra.
Ahora, sin embargo, los geólogos del MIT han descubierto que este límite de densidad era mucho menos pronunciado en el antiguo manto de la Tierra, hace 3 mil millones de años. En un artículo publicado en Cartas de Ciencias de la Tierra y Planetarias, los investigadores señalan que la antigua Tierra albergaba un manto que era hasta 200 grados Celsius más caliente de lo que es hoy, temperaturas que pueden haber producido material más uniforme y menos denso en toda la capa del manto.
Los investigadores también encontraron que, en comparación con el material rocoso de hoy, la corteza antigua estaba compuesta de material mucho más denso, enriquecido en hierro y magnesio. La combinación de un manto más caliente y rocas más densas probablemente causó que las placas subductoras se hundieran completamenteparte inferior del manto, 2.800 kilómetros debajo de la superficie, formando un "cementerio" de losas sobre el núcleo de la Tierra.
Sus resultados pintan una imagen de subducción muy diferente de lo que ocurre hoy, y sugiere que el antiguo manto de la Tierra era mucho más eficiente para extraer piezas de la corteza del planeta.
"Encontramos que hace unos 3 mil millones de años, las losas subducidas habrían permanecido más densas que el manto circundante, incluso en la zona de transición, y no hay ninguna razón desde el punto de vista de la flotabilidad por la cual las losas deberían quedar atrapadas allí. En su lugar, siempre deberíanhundirse, que es un caso mucho menos común hoy en día ", dice el autor principal Benjamin Klein, un estudiante graduado en el Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias EAPS del MIT." Esto parece sugerir que hubo un gran cambio en la Tierrahistoria en términos de cómo la convección del manto y los procesos tectónicos de placas habrían sucedido "
Los coautores de Klein son Oliver Jagoutz, profesor asociado en EAPS, y Mark Behn de la Institución Oceanográfica Woods Hole.
diferencia de temperatura
"Existe esta pregunta abierta sobre cuándo la tectónica de placas realmente comenzó en la historia de la Tierra", dice Klein. "Existe un consenso general de que probablemente estaba sucediendo hace al menos 3 mil millones de años. Esto también es cuando la mayoría de los modelos sugieren que la Tierra eraen su mejor momento "
Hace alrededor de 3 mil millones de años, el manto era probablemente alrededor de 150-200 C más cálido de lo que es hoy. Klein, Jagoutz y Behn investigaron si las temperaturas más altas en el interior de la Tierra hicieron una diferencia en cómo se transportaban las placas tectónicas, una vez subducidas.a través del manto.
"Nuestro trabajo comenzó como este experimento mental para decir, si sabemos que las temperaturas eran mucho más altas, ¿cómo podría haber modulado cómo se veían las tectónicas, sin cambiarlas por completo?", Dice Klein. "Porque el debate anterior fue este argumento binario: O había tectónica de placas, o no la había, y estamos sugiriendo que hay más espacio en el medio "
Un "cambio de densidad"
El equipo llevó a cabo su análisis, suponiendo que la tectónica de placas estaba dando forma a la superficie de la Tierra hace 3 mil millones de años. Buscaron comparar la densidad de losas subductoras en ese momento con la densidad del manto circundante, cuya diferenciadeterminaría qué tan lejos se habrían hundido las losas.
Para estimar la densidad de losas antiguas, Klein compiló un gran conjunto de datos de más de 1.400 muestras analizadas previamente de rocas modernas y komatiitas, tipos de rocas clásicas que existían hace unos 3 mil millones de años pero que ya no se producen hoy en día. Estas rocas contienenuna mayor cantidad de hierro y magnesio densos en comparación con la corteza oceánica actual. Klein usó la composición de cada muestra de roca para calcular la densidad de una losa subductora típica, tanto para el día moderno como hace 3 mil millones de años.
Luego calculó la temperatura promedio de una losa de subducción moderna versus una antigua, en relación con la temperatura del manto circundante. Razonó que la distancia que hunde una losa depende no solo de su densidad sino también de su temperatura en relación con el manto:un objeto más frío es relativo a su entorno, más rápido y más lejos debería hundirse.
El equipo utilizó un modelo termodinámico para determinar el perfil de densidad de cada losa de subducción, o cómo cambia su densidad a medida que se hunde a través del manto, dada la temperatura del manto, que tomaron de las estimaciones de otros y un modelo de la temperatura de la losa.A partir de estos cálculos, determinaron la profundidad a la que cada losa se volvería menos densa que el manto circundante.
En este punto, plantearon la hipótesis de que debería producirse un "cambio de densidad", de modo que una losa no pueda hundirse más allá de este límite.
"Parece haber este filtro y control críticos sobre el movimiento de las losas y, por lo tanto, la convección del manto", dice Klein.
Un lugar de descanso final
El equipo descubrió que sus estimaciones de dónde se produce este límite en el manto moderno, a unos 670 kilómetros por debajo de la superficie, coincidieron con las mediciones reales tomadas de esta zona de transición hoy, confirmando que su método también puede estimar con precisión la antigua Tierra.
"Hoy, cuando las losas entran al manto, son más densas que el manto ambiental en el manto superior e inferior, pero en esta zona de transición, las densidades cambian", dice Klein. "Entonces, dentro de esta pequeña capa, las losas son menosdenso que el manto, y estamos felices de permanecer allí, casi flotando y estancados "
Para la antigua Tierra, hace 3 mil millones de años, los investigadores descubrieron que, debido a que el antiguo manto era mucho más caliente que hoy, y las losas mucho más densas, no habría ocurrido un cambio de densidad. En cambio, las losas de subducción se habrían hundido directamenteal fondo del manto, estableciendo su lugar de descanso final justo por encima del núcleo de la Tierra.
Jagoutz dice que los resultados sugieren que en algún momento entre 3 mil millones de años y hoy, cuando el interior de la Tierra se enfrió, el manto cambió de un sistema de convección de una capa, en el que las losas fluyeron libremente de las capas superiores a las inferiores del manto, a unconfiguración de dos capas, donde las losas tuvieron más dificultades para penetrar hasta el manto inferior.
"Esto muestra que cuando un planeta comienza a enfriarse, este límite, aunque siempre está ahí, se convierte en un filtro de densidad significativamente más profundo", dice Jagoutz. "No sabemos lo que sucederá en el futuro, pero enteoría, es posible que la Tierra pase de un régimen dominante de convección de una capa a dos. Y eso es parte de la evolución de toda la Tierra ".
Esta investigación fue financiada, en parte, por la National Science Foundation.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Jennifer Chu. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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