Investigadores encuentran huellas de la Tierra antigua en rocas volcánicas jóvenes

Los autores del trabajo de investigación, que se publica este viernes en la revista 'Science', estudiaron las rocas volcánicas que erupcionaron recientemente de los volcanes en Hawai y Samoa. Las rocas contienen sorprendentes anomalías geoquímicas: "huellas dactilares" de condiciones que existían poco después de que el planeta se formó.

Los investigadores aún no están seguros de cómo el manto de la Tierra preservó estas anomalías, pero sus hallazgos sugieren que algunas de estas rocas contienen material que sobrevivió a través de toda la historia de la Tierra y que el interior del planeta puede no estar bien mezclado después de todo.

"Encontramos huellas geoquímicas que deben haber sido creadas hace casi 4.500 millones de años -afirma la autora principal del estudio, Andrea Mundl, investigadora postdoctoral en Geología en UMD--. Fue especialmente emocionante encontrar estas anomalías en rocas tan jóvenes, pero todavía no sabemos cómo sobrevivieron estas firmas durante tanto tiempo, aunque tenemos algunas ideas".

Las firmas anómalas se encuentran en las proporciones de isótopos clave de dos elementos: tungsteno y helio. En el caso del tungsteno, que tiene muchos isótopos, la ratio importante es tungsteno-182 a tungsteno-184. El isótopo más pesado, el tungsteno-184, es estable y ha existido desde que el planeta se formó por primera vez. El tungsteno-182, por otra parte, resulta de la desintegración del hafnio-182, que es altamente inestable. Todo el hafnio-182 natural se deterioró dentro de los primeros 50 millones de años de la historia de la Tierra, dejando el tungsteno-182 en su lugar.

El tungsteno y el hafnio se comportaron de manera muy diferente durante los primeros 50 millones de años del planeta. El tungsteno tiende a asociarse con los metales, por lo que la mayor parte migró al núcleo de la Tierra, mientras que el hafnio, que suele asociarse con los minerales de silicato, permaneció en el manto y la corteza de la Tierra.

La mayoría de las rocas en la Tierra poseen una proporción similar de tungsteno-182 a tungsteno-184, y esta ratio sirve como línea base global. Los geólogos pueden aprender mucho de las rocas con una cantidad inusualmente alta o baja de tungsteno-182, lo que indica cuánto hafnio-182 estuvo presente en la roca hace mucho tiempo.

ANOMALÍAS FORMADAS EN LOS PRIMEROS 50 MILLONES DE AÑOS

"Casi todas estas anomalías se formaron dentro de los primeros 50 millones de años después de que el sistema solar se formó --explica Mundl--. Los niveles más altos de tungsteno-182 se ven en rocas muy viejas que muy probablemente contenían mucho hafnio hace mucho tiempo. Pero los niveles más bajos de tungsteno-182 son raros y se parecen a lo que podríamos esperar ver profundamente bajo la superficie o cerca del núcleo metálico del planeta".

Efectivamente, Mundl y sus colegas observaron una cantidad inusualmente baja de tungsteno-182 en algunas de las rocas de Hawai y Samoa. Por sí sola, la relación de isótopos de tungsteno es interesante, pero no lo suficiente como para llegar a conclusiones convincentes. Pero los investigadores también observaron que las mismas rocas contienen una proporción inusual de isótopos de helio.

El helio-3 es extremadamente raro en la Tierra, y tiende a aparecer en muestras de roca que no se han derretido o reciclado de otra manera desde que el planeta se formó por primera vez. El helio-4 puede formarse a partir de la desintegración radiactiva del uranio y el torio. Una proporción mayor que la normal de helio-3 a helio-4 indica típicamente indica rocas muy viejas que no han sido significativamente alteradas desde que el planeta se formó.

"Las variaciones en la composición isotópica del helio se conocen desde hace tiempo, pero nunca se han correlacionado con otros parámetros geoquímicos --subraya Richard Walker, profesor y jefe del Departamento de Geología de UMD y coautor del artículo--. Se ha especulado comúnmente que rocas con altas proporciones de helio-3 a helio-4 contienen material del manto 'primitivo', pero cómo de primitivo no se sabía. Nuestros datos de tungsteno muestran que es muy primitivo, de hecho, con la región fuente probablemente formada dentro los primeros 50 millones de años de historia del sistema solar".

Mundl, Walker y sus coautores sugieren algunos escenarios diferentes que podrían haber producido las anomalías de tungsteno y helio que observaron en las rocas volcánicas de Hawai y Samoa. Tal vez los volcanes están extrayendo material del núcleo de la Tierra, donde se espera que las proporciones favorezcan poco tungsteno-182 y mucho helio-3.

Alternativamente, la superficie exterior rocosa de la Tierra podría haberse formado en parches, con vastos océanos de magma en medio. Partes de los océanos de los magmas pueden haberse cristalizado y hundido hasta el límite entre el manto y el núcleo, preservando las antiguas firmas de tungsteno y helio. "Cada uno de estos escenarios contiene algunas inconsistencias que aún no podemos explicar --reconoce Mundl--. Pero éste es un resultado emocionante que seguramente generará muchas nuevas e interesantes preguntas de investigación".