Sentando las bases geológicas para la vida en la Tierra – Tectónica de placas temprana, inversión de polos geomagnéticos
Una sección interior de la Tierra primitiva destacando sus principales procesos geodinámicos. Las líneas del campo magnético se dibujan en azul y rojo y emanan del núcleo líquido que las generó, mientras que las fuerzas de la tectónica de placas reorganizan la superficie y desempeñan un papel en la circulación agitada del manto rocoso que se encuentra debajo. Crédito: Alec Brenner
La investigación dirigida por la Universidad de Harvard ofrece evidencia nueva y más nítida de la tectónica de placas temprana y los cambios de polos geomagnéticos.
Nueva evidencia apunta al papel de la tectónica de placas en la liberación del calor interno de la Tierra y el cambio de polos geomagnéticos.
Algunas de las pruebas más claras de que la corteza terrestre estaba empujando y tirando de manera similar a las placas tectónicas modernas hace al menos 3250 millones de años han sido reveladas por una nueva investigación que analizó trozos de las rocas más antiguas del planeta. Además, el estudio proporciona la primera evidencia de cuándo los polos magnéticos norte y sur del planeta cambiaron de lugar. Los dos hallazgos ofrecen pistas sobre cómo estos cambios geológicos pueden haber resultado en un entorno más propicio para el surgimiento de la vida en nuestro planeta.
descrito en el periódico PNAS el 24 de octubre y dirigido por los geólogos de Harvard Alec Brenner y Roger Fu, el trabajo se centró en una parte del Pilbara Craton en Australia Occidental. Esta es una de las piezas más antiguas y estables de la corteza terrestre. Utilizando técnicas y equipos de vanguardia, los científicos muestran que algunas de las primeras superficies de la Tierra se movían a una velocidad de 6,1 centímetros (2,4 pulgadas) por año y 0,55 grados por millón de años.
Esta velocidad es más del doble de la velocidad a la que se demostró que la corteza antigua se movía en un estudio previo por los mismos investigadores. Tanto la velocidad como la dirección de esta deriva latitudinal dejan a la tectónica de placas como la explicación más sólida y lógica.
«Hay mucho trabajo que parece sugerir que al principio de la historia de la Tierra, la tectónica de placas no era realmente la forma dominante en la que se libera el calor interno del planeta, como lo es hoy, a través de los cambios de placas», dijo Brenner, Ph. .D. candidato a la Escuela de Graduados en Artes y Ciencias y miembro de la Laboratorio Paleomagnético de Harvard. «Esta evidencia nos permite descartar con mucha más confianza explicaciones que no involucran la tectónica de placas».
Los geólogos Alec Brenner y Roger Fu se centraron en una parte del cratón Pilbara de Australia Occidental, una de las partes más antiguas y estables de la corteza terrestre. Crédito: Foto de Roger Fu
Por ejemplo, los investigadores ahora pueden argumentar en contra de los fenómenos llamados «viaje polar verdadero» y «tectónica de tapa estancada», que pueden causar que la superficie de la Tierra se desplace pero no forman parte de la tectónica de placas de estilo moderno. Como la tasa de velocidad más alta recién descubierta es inconsistente con aspectos de estos dos procesos, los resultados se inclinan más hacia el movimiento de las placas tectónicas.
En el artículo, los autores también describen lo que se cree que es la evidencia más antigua de cuando la Tierra invirtió sus campos geomagnéticos, lo que significa que los polos magnéticos norte y sur cambiaron de posición. Este tipo de flip-flop es una ocurrencia común en la historia geológica de la Tierra. En verdad, según la nasalos polos se han invertido 183 veces en los últimos 83 millones de años y quizás varios cientos de veces en los últimos 160 millones de años.
La inversión dice mucho sobre el campo magnético del planeta hace 3200 millones de años. La clave entre las implicaciones es que el campo magnético probablemente era estable y lo suficientemente fuerte como para evitar que los vientos solares erosionaran la atmósfera. Esta idea, combinada con los hallazgos sobre la tectónica de placas, ofrece pistas sobre las condiciones en las que se desarrollaron las primeras formas de vida.
«Pinta esta imagen de una Tierra primitiva que ya estaba geodinámicamente madura», dijo Brenner. «Tuvo muchos de los mismos tipos de procesos dinámicos que dan como resultado una Tierra que tiene una superficie y condiciones ambientales esencialmente más estables, lo que hace que la evolución y el desarrollo de la vida sean más viables».
Hoy en día, la capa exterior de la Tierra consta de unos 15 bloques móviles de corteza, o placas, que sostienen los continentes y océanos del planeta. A lo largo de los eones, las placas se fusionaron y se separaron, formando nuevos continentes y montañas y exponiendo nuevas rocas a la atmósfera, lo que condujo a reacciones químicas que estabilizaron la temperatura de la superficie de la Tierra durante miles de millones de años.
La evidencia de cuándo comenzó la tectónica de placas es difícil de encontrar porque las piezas más antiguas de la corteza son empujadas hacia el manto interior, para nunca volver a salir a la superficie. Solo el 5% de todas las rocas de la Tierra tienen más de 2500 millones de años y ninguna roca tiene más de 4000 millones de años.
En general, el estudio se suma a la creciente investigación que muestra que el movimiento tectónico ocurrió relativamente temprano en los 4.500 millones de años de historia de la Tierra y que las primeras formas de vida surgieron en un ambiente más moderado. En 2018, los miembros del proyecto volvieron a visitar el cratón de Pilbara, que se extiende por unos 480 kilómetros. Perforaron a través de la losa de corteza primordial gruesa para recolectar muestras que, en Cambridge, fueron analizadas por su historia magnética.
Utilizando magnetómetros, equipos de desmagnetización y el Microscopio de Diamante Cuántico, que fotografía los campos magnéticos de una muestra e identifica con precisión la naturaleza de las partículas magnetizadas, los investigadores crearon un conjunto de nuevas técnicas para determinar la edad y la forma en que se magnetizaron las muestras. Esto permite a los investigadores determinar cómo, cuándo y en qué dirección se ha desplazado la corteza, así como la influencia magnética procedente de los polos geomagnéticos de la Tierra.
El Microscopio de Diamante Cuántico fue desarrollado en colaboración entre investigadores de Harvard en los Departamentos de Ciencias Planetarias y de la Tierra (EPS) y Física.
Para estudios futuros, Fu y Brenner planean mantener su enfoque en el cratón de Pilbara y al mismo tiempo mirar más allá de otras cortezas antiguas en todo el mundo. Esperan encontrar pruebas más antiguas del movimiento de las placas modernas y de cuándo se invirtieron los polos magnéticos de la Tierra.
«Finalmente, ser capaz de leer de manera confiable estas rocas muy antiguas abre tantas posibilidades para observar un período de tiempo que a menudo se conoce más por teoría que por datos sólidos», dijo Fu, profesor de EPS en la Facultad de Artes y Ciencias. . «En última instancia, tenemos una buena posibilidad de reconstruir no solo cuándo comenzaron a moverse las placas tectónicas, sino también cómo sus movimientos, y por lo tanto los procesos internos de la Tierra que los impulsan, han cambiado con el tiempo».
Referencia: «Movimiento de placas y un campo geomagnético dipolar a 3,25 Ga» por Alec R. Brenner, Roger R. Fu, Andrew RC Kylander-Clark, George J. Hudak y Bradford J. Foley, 24 de octubre de 2022, procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.
DOI: 10.1073/pnas.2210258119
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