Se identifican rastros del océano de magma temprano de la Tierra en rocas de Groenlandia

Una nueva investigación dirigida por la Universidad de Cambridge ha encontrado pruebas raras, conservadas en la química de rocas antiguas de Groenlandia, que habla de una época en que la Tierra estaba casi completamente fundida.

El estudio, publicado en la revista Avances de la ciencia, proporciona información sobre un período importante en la formación de nuestro planeta, cuando un mar profundo de magma incandescente se extendió a través de la superficie de la Tierra y se extendió cientos de kilómetros hacia su interior.

Es el enfriamiento gradual y la cristalización de este ‘océano de magma’ lo que establece la química del interior de la Tierra, una etapa definitoria en el ensamblaje de la estructura de nuestro planeta y la formación de nuestra atmósfera temprana.

Los científicos saben que los impactos catastróficos durante la formación de la Tierra y la Luna habrían generado suficiente energía para derretir el interior de nuestro planeta. Pero no sabemos mucho sobre esta fase distante y ardiente de la historia de la Tierra porque los procesos tectónicos han reciclado casi todas las rocas de más de 4 mil millones de años.

Ahora, los investigadores han encontrado los restos químicos del océano de magma en rocas de 3.600 millones de años del suroeste de Groenlandia.

Los hallazgos respaldan la teoría de larga data de que la Tierra alguna vez estuvo casi completamente fundida y brindan una ventana a una época en que el planeta comenzó a solidificarse y desarrollar la química que ahora gobierna su estructura interna. La investigación sugiere que otras rocas en la superficie de la Tierra también pueden preservar evidencia de océanos de magma antiguos.

«Hay pocas oportunidades para obtener limitaciones geológicas sobre los eventos en los primeros mil millones de años de la historia de la Tierra. Es asombroso que incluso podamos sostener estas rocas en nuestras manos, y mucho menos obtener tantos detalles sobre la historia temprana de nuestro planeta». dijo la autora principal, la Dra. Helen Williams, del Departamento de Ciencias de la Tierra de Cambridge.

El estudio combina el análisis químico forense con el modelado termodinámico en busca de los orígenes primitivos de las rocas de Groenlandia y cómo llegaron a la superficie.

A primera vista, las rocas que forman el cinturón supracrustal de Isua de Groenlandia se parecen a cualquier basalto moderno que encontraría en el fondo del mar. Pero este afloramiento, que se describió por primera vez en la década de 1960, es la exposición de rocas más antigua de la Tierra. Se sabe que contiene la evidencia más temprana de vida microbiana y tectónica de placas.

La nueva investigación muestra que las rocas de Isua también conservan pruebas raras que incluso son anteriores a la tectónica de placas: los residuos de algunos de los cristales que quedaron cuando ese océano de magma se enfrió.

«Fue una combinación de algunos análisis químicos nuevos que hicimos y los datos publicados anteriormente que nos indicaron que las rocas de Isua podrían contener rastros de material antiguo. Los isótopos de hafnio y neodimio fueron realmente tentadores, porque esos sistemas de isótopos son muy difíciles de modificar. – así que tuvimos que analizar su química con más detalle «, dijo la coautora, la Dra. Hanika Rizo, de la Universidad de Carleton.

La sistemática isotópica de hierro confirmó a Williams y al equipo que las rocas Isua se derivaron de partes del interior de la Tierra que se formaron como consecuencia de la cristalización del océano de magma.

La mayor parte de esta roca primigenia se ha mezclado por convección en el manto, pero los científicos creen que algunas zonas aisladas en las profundidades del límite del núcleo del manto (antiguos cementerios de cristales) pueden haber permanecido inalteradas durante miles de millones de años.

Son las reliquias de estos cementerios de cristal que Williams y sus colegas observaron en la química de las rocas de Isua. «Esas muestras con la huella digital de hierro también tienen una anomalía de tungsteno, una firma de la formación de la Tierra, lo que nos hace pensar que su origen se remonta a estos cristales primitivos», dijo Williams.

Pero, ¿cómo llegaron a la superficie estas señales del manto profundo? Su composición isotópica muestra que no solo se derivaron de la fusión en el límite entre el núcleo y el manto. Su viaje fue más tortuoso, involucrando varias etapas de cristalización y refundición, una especie de proceso de destilación. La mezcla de cristales antiguos y magma primero habría migrado al manto superior, donde se batió para crear una «torta de mármol» de rocas de diferentes profundidades. El derretimiento posterior de ese híbrido de rocas es lo que produjo el magma que alimentaba esta parte de Groenlandia.

Los hallazgos del equipo sugieren que los volcanes de puntos calientes modernos, que se cree que se formaron relativamente recientemente, en realidad pueden estar influenciados por procesos antiguos.

«Las señales geoquímicas que informamos en las rocas de Groenlandia tienen similitudes con las rocas que brotaron de volcanes como Hawai; algo que nos interesa es si también podrían estar aprovechando las profundidades y accediendo a regiones del interior que generalmente están fuera de nuestro alcance», dijo. Dr. Oliver Shorttle, quien trabaja conjuntamente en el Departamento de Ciencias de la Tierra y el Instituto de Astronomía de Cambridge.

Los hallazgos del equipo surgieron de un proyecto financiado por Deep Volatiles, un programa de investigación de 5 años financiado por NERC. Ahora planean continuar su búsqueda para comprender el océano de magma ampliando su búsqueda de pistas en rocas antiguas y modelando experimentalmente el fraccionamiento isotópico en el manto inferior.

«Hemos podido desentrañar lo que una parte del interior de nuestro planeta estaba haciendo hace miles de millones de años, pero para completar la imagen aún más debemos seguir buscando más pistas químicas en rocas antiguas», dijo el coautor, el Dr. Simon Matthews de la Universidad de Islandia.

Los científicos a menudo se han mostrado reacios a buscar evidencia química de estos eventos antiguos. «La evidencia a menudo se altera con el transcurso del tiempo. Pero el hecho de que encontremos lo que hicimos sugiere que la química de otras rocas antiguas puede proporcionar más información sobre la formación y evolución de la Tierra, y eso es inmensamente emocionante», dijo Williams.