océano subterráneo? Científicos descubren agua en las profundidades de la tierra

Un equipo de investigación internacional dirigido por un profesor de la Universidad Goethe está analizando inclusiones de diamantes.

La capa límite entre el manto superior e inferior de la Tierra se conoce como zona de transición (TZ). Se encuentra entre 410 y 660 kilómetros (entre 255 y 410 millas) por debajo de la superficie. El aceite de oliva verde mineral, conocido como peridoto, que constituye aproximadamente el 70% del manto superior de la Tierra, cambia su estructura cristalina a presiones extremas de hasta 23.000 bar en TZ. A una profundidad de unos 410 kilómetros (255 millas), en el borde superior de la zona de transición, se convierte en una wadslita más densa, ya una profundidad de 520 kilómetros (323 millas), se convierte en una ringwoodita más densa.

Profesor Frank Brinker del Instituto de Ciencias de la Tierra en Universidad Goethe de Fráncfort. Por ejemplo, los penachos del manto, penachos ascendentes de roca caliente del manto profundo, a veces se detienen justo debajo de la zona de transición. El movimiento de la masa en la dirección opuesta también se detiene. Brinker dice: «Las placas conductoras a menudo tienen dificultades para penetrar toda la zona de transición. Por lo tanto, hay un cementerio completo de estas placas en esta región subeuropea».

Los diamantes de Botswana han revelado a los científicos que grandes cantidades de agua están almacenadas en la roca a una profundidad de más de 600 km. Crédito: Tingting Gu, Instituto Gemológico de América, Nueva York, NY, EE. UU.

Sin embargo, aún no se sabía cuáles tendrán los efectos a largo plazo de la «succión» de materiales en la zona de transición sobre su composición geoquímica y si allí hay mayores cantidades de agua. Brinker explica: «Las placas subducidas también transportan sedimentos de aguas profundas en sus espaldas hacia el interior de la Tierra. Estos sedimentos pueden contener cantidades significativas de agua y dióxido de carbono. Pero hasta ahora no estaba claro cuánto ingresa a la zona de transición en forma de minerales y carbonatos más estables. Por lo tanto, tampoco estaba claro si realmente se almacenaban allí grandes cantidades de agua”.

Sin duda, las condiciones actuales favorecerán esto. Los minerales gruesos wadsleyita y ringwoodita pueden contener grandes cantidades de agua (a diferencia del olivino en profundidades más bajas), tanto que la zona de transición hipotéticamente puede absorber seis veces más agua en nuestros océanos. «Aprendimos que la capa límite tiene una tremenda capacidad para almacenar agua», dice Brinker. «Sin embargo, no sabíamos si realmente lo hizo».

La respuesta la ha dado ahora un estudio internacional. El equipo de investigación analizó un diamante de Botswana, África. Se originó a una profundidad de 660 km, justo en la superficie entre la zona de transición y el manto inferior, donde el mineral dominante es la ringwoodita. Los diamantes de esta ubicación son muy raros, incluso entre los diamantes extremadamente raros de origen ultra profundo, que representan solo el 1% del total de diamantes. Los estudios han encontrado que la piedra tiene un alto contenido de agua debido a la presencia de muchas inclusiones de ringwoodita. El equipo de estudio también pudo determinar la composición química de la piedra.

Eran casi exactamente iguales a los que se encuentran en cada parte de la roca del manto que se encuentra en el basalto en cualquier parte del mundo. Esto demostró que el diamante procedía definitivamente de una pieza ordinaria del manto de la Tierra. “En este estudio, demostramos que la zona de transición no es una esponja seca, sino que contiene grandes cantidades de agua”, dice Brinker, y agrega: “Esto también nos acerca un paso más a la idea de Julio Verne de un océano dentro de la Tierra. .” La diferencia es que no hay océano, los hay, pero hay rocas acuosas que, según Brinker, no se sentirán mojadas ni gotearán.

La ringwoodita acuosa se descubrió por primera vez en diamantes de la zona de transición en 2014. Brinker también participó en ese estudio. Sin embargo, no fue posible determinar la composición química exacta de la piedra porque era muy pequeña. Por lo tanto, no quedó claro cómo fue el primer estudio del manto en general, ya que el contenido de agua de este diamante también podría ser causado por un ambiente químico extraño. Por el contrario, las inclusiones en diamantes de 1,5 cm (0,6 pulgadas) de Botswana, que el equipo de investigación investigó en este estudio, eran lo suficientemente grandes como para permitir determinar la composición química exacta, y esto proporcionó una confirmación definitiva de los hallazgos preliminares de 2014.

El alto contenido de agua en la zona de transición tiene consecuencias de gran alcance para la situación dinámica dentro de la Tierra. A qué conduce esto se puede ver, por ejemplo, en las plumas del manto caliente que vienen de abajo, que se atascan en la zona de transición. Allí, calientan la zona de transición rica en agua, lo que a su vez conduce a la formación de nuevas columnas de manto más pequeñas que absorben el agua almacenada en la zona de transición.

Si las plumas del manto pequeñas y ricas en agua ahora migran hacia arriba y penetran el límite en el manto superior, ocurre lo siguiente: el agua en las plumas del manto se libera, lo que reduce el punto de fusión del material emergente. Por lo que se disuelve instantáneamente y no justo antes de llegar a la superficie como suele ocurrir. Como resultado, los macizos en esta parte del manto terrestre generalmente ya no son sólidos, lo que le da más dinamismo a los movimientos de masas. La zona de transición, que actúa como una barrera a la dinámica allí, de repente se convirtió en un motor de circulación material global.

Referencia: «Fragmentos de aguamarina del manto de 660 km de la Tierra muestreados por diamantes» por Tingting Gu, Martha J. Pamato, David Novella, Matteo Alfaro, John Fornelli, Frank E. Brinker, Wei Wang y Fabrizio Nistola, 26 de septiembre de 2022, ciencias naturales de la tierra.
DOI: 10.1038 / s41561-022-01024-y