Durante muchos años, los investigadores han estado desconcertados por dos características enormes e inusuales escondidas en las profundidades de la Tierra. Su tamaño, forma y comportamiento son tan extremos que las ideas tradicionales sobre cómo se formó y evolucionó el planeta han tenido dificultades para explicarlos.
Un estudio reciente en Naturaleza Geocienciadirigido por el geodinámico de Rutgers Yoshinori Miyazaki con un equipo de colaboradores, presenta una nueva interpretación que finalmente puede aclarar los orígenes de estas estructuras y cómo se relacionan con la habitabilidad a largo plazo de la Tierra.
Estas características, llamadas grandes provincias de baja velocidad de corte y zonas de velocidad ultrabaja, se encuentran en el límite entre el manto y el núcleo, a casi 1.800 millas debajo de la superficie. Las grandes provincias de baja velocidad de corte son enormes masas de roca densa y extremadamente caliente, una de ellas situada debajo de África y la otra bajo el Océano Pacífico. Las zonas de velocidad ultrabaja se asemejan a capas delgadas, parcialmente fundidas, que se adhieren al núcleo en parches similares a charcos. Ambas ondas sísmicas desaceleran fuertemente, lo que sugiere que contienen materiales o condiciones diferentes al manto circundante.
«Estas no son rarezas aleatorias», dijo Miyazaki, profesor asistente en el Departamento de Ciencias Planetarias y de la Tierra de la Escuela de Artes y Ciencias de Rutgers. «Son huellas dactilares de la historia más temprana de la Tierra. Si podemos entender por qué existen, podremos entender cómo se formó nuestro planeta y por qué se volvió habitable».
Pistas del pasado del océano de magma de la Tierra
Según Miyazaki, la Tierra alguna vez estuvo encerrada en un océano global de roca fundida. A medida que este antiguo océano de magma se enfriaba, muchos científicos esperaban que el manto hubiera desarrollado distintas capas químicas, similar a cómo el jugo congelado se separa en concentrado azucarado y hielo acuoso. Sin embargo, las observaciones sísmicas no revelan una estratificación tan clara. En cambio, grandes provincias de baja velocidad de corte y zonas de velocidad ultrabaja parecen formar montones complejos y desiguales en el fondo del manto.
«Esa contradicción fue el punto de partida», dijo Miyazaki. «Si partimos del océano de magma y hacemos los cálculos, no obtendremos lo que vemos hoy en el manto de la Tierra. Faltaba algo».
Materiales del núcleo con fugas y una capa de magma perdida hace mucho tiempo
El equipo de investigación sugirió que el factor que falta es el núcleo mismo. Su modelo indica que durante miles de millones de años, elementos como el silicio y el magnesio escaparon gradualmente del núcleo al manto. Esta mezcla habría interrumpido la formación de fuertes capas químicas. También puede explicar la composición inusual de las grandes provincias de baja velocidad de corte y zonas de velocidad ultrabaja, que los científicos interpretan como restos enfriados de un «océano de magma basal» alterado por material derivado del núcleo.
«Lo que propusimos fue que podría provenir de material que se escapa del núcleo», dijo Miyazaki. «Si se añade el componente central, se podría explicar lo que vemos ahora».
Cómo los procesos de las profundidades de la Tierra dan forma a la habitabilidad planetaria
Miyazaki señaló que las implicaciones van más allá de la química mineral. Las interacciones entre el manto y el núcleo pueden haber influido en cómo la Tierra liberó calor, cómo se desarrolló la actividad volcánica e incluso cómo cambió la atmósfera con el tiempo. Esta perspectiva puede ayudar a aclarar por qué la Tierra terminó con océanos y vida, mientras que Venus se volvió extremadamente caliente y Marte se volvió frío y árido.
«La Tierra tiene agua, vida y una atmósfera relativamente estable», afirmó Miyazaki. «La atmósfera de Venus es 100 veces más espesa que la de la Tierra y está compuesta principalmente de dióxido de carbono, y Marte tiene una atmósfera muy delgada. No entendemos completamente por qué es así. Pero lo que sucede dentro de un planeta, es decir, cómo se enfría, cómo evolucionan sus capas, podría ser una gran parte de la respuesta».
Un nuevo marco para comprender el interior de la Tierra
Al reunir observaciones sísmicas, física mineral y simulaciones geodinámicas, el equipo reformuló grandes provincias de baja velocidad de corte y zonas de velocidad ultrabaja como registros esenciales de cómo se formó la Tierra. El estudio también sugiere que estas características profundas pueden ayudar a alimentar puntos calientes volcánicos como Hawaii e Islandia, creando un vínculo directo entre el interior de la Tierra y la superficie.
«Este trabajo es un gran ejemplo de cómo la combinación de ciencia planetaria, geodinámica y física mineral puede ayudarnos a resolver algunos de los misterios más antiguos de la Tierra», dijo Jie Deng de la Universidad de Princeton, coautor del estudio. «La idea de que el manto profundo aún pueda contener la memoria química de las primeras interacciones entre el núcleo y el manto abre nuevas formas de comprender la evolución única de la Tierra».
Los investigadores señalaron que cada nueva información los acerca a la reconstrucción de los primeros capítulos del planeta. Fragmentos de evidencia que antes parecían aislados ahora parecen encajar en una historia más coherente.
«Incluso con muy pocas pistas, estamos empezando a construir una historia que tiene sentido», dijo Miyazaki. «Este estudio nos da un poco más de certeza sobre cómo evolucionó la Tierra y por qué es tan especial».
