Una perforación récord de la corteza terrestre ofrece secretos del manto
Un equipo internacional de científicos ha logrado romper un récord con un testigo de perforación de 1,2 kilómetros de longitud en el Atlántico Norte. Las muestras de roca extraídas arrojan nuevas pistas sobre la composición del manto, los procesos que alimentan los volcanes oceánicos y los posibles orígenes de la vida.
Por el SINC
La geóloga Kuan-Yu Linexamina las rocas del manto recuperadas a bordo del barco científico JOIDES Resolution durante la Expedición 399 del International Ocean Discovery Program (IODP). Cortesía: Lesley Anderson / Exp. 399 / JRSO/IODP
En pleno Océano Atlántico Norte, los geólogos de la Expedición 399 del Programa Internacional para el Descubrimiento de los Océanos (IODP, por sus siglas en inglés) han conseguido la inmersión más profunda en el manto terrestre, mediante un núcleo o testigo de perforación de ¡1.268 metros!
Recordemos que un testigo de perforación es una muestra cilíndrica de material que se extrae de la tierra durante un proceso de perforación. Este tipo de muestra se obtiene mediante un taladro especial que perfora el subsuelo y extrae un núcleo sólido de roca, sedimento, hielo o suelo.
Los testigos de perforación son muy valiosos en varias disciplinas, como la geología, la minería, la ingeniería civil y la investigación climática, porque permiten estudiar las características físicas y químicas del subsuelo.
Durante el año 2023, el equipo científico se embarcó en este viaje a una región hidrotermalmente activa llamada Macizo de la Atlantis, en la dorsal mesoatlántica del Atlántico Norte, donde recogió muestras de registro que dan una visión mineralógica profunda y detallada del manto oceánico. Los resultados de esta espectacular perforación han sido publicados en la revista Science.
La perforación de peridotitas del manto —rocas ígneas plutónicas que se forman por el enfriamiento del magma—, ha sido históricamente muy difícil: se ha intentado en repetidas ocasiones, pero el agujero más profundo hasta la fecha —perforado a principios de la década de 1990— tenía solo 200 metros de profundidad y, además, se recuperaron relativamente pocas rocas.
Los investigadores achacan esta complejidad al hecho de que estas peridotitas suelen estar muy fracturadas y contienen muchas vetas blandas que pueden romper la roca durante la perforación y atascar el taladro.
La importancia de explorar el manto terrestre
“Durante nuestra expedición nos encontramos con dificultades similares en un agujero piloto denominado U1601A, pero después, cuando perforamos el agujero U1601C, penetramos muy rápidamente y reconocimos cerca del cien por cien de las rocas durante cientos de metros”, explica a SINC Johan Lissenberg, científico de la Facultad de Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente en la Universidad de Cardiff (Reino Unido) que lidera el trabajo.
Comprender el manto de nuestro planeta es crucial para conocer detalles fundamentales del sistema terrestre como el magmatismo, la formación de la corteza y el ciclo de elementos entre el interior del planeta, la hidrosfera, la atmósfera y la biosfera.
La corteza oceánica se forma a partir de magmas ricos en magnesio y pobres en sílice que se originan en el manto terrestre y afloran a la superficie a lo largo de las dorsales oceánicas medias, que forman una red interconectada de montañas de aproximadamente 65.000 km alrededor del globo. Esta corteza se forma continuamente a medida que las placas se separan, por lo que es muy joven, y de edad cero a lo largo del eje de propagación de la dorsal oceánica media.
JOIDES Resolution, de la Expedición 399, es uno de los buques de perforación científica utilizados por el Programa Internacional de Descubrimiento de los Océanos. Cortesía: IODP
Sin embargo, la inmensa mayoría de las rocas de los continentes son mucho más antiguas. Algunas se remontan a la era más temprana del planeta, esto es, a hace más de 4.000 millones de años, y su composición es muy diferente: son mucho más ricas en sílice y más pobres en magnesio.
Por esta razón, mientras los continentes nos dicen mucho sobre la evolución de la Tierra a lo largo de su existencia, la corteza oceánica nos cuenta cómo evoluciona ahora, incluida la composición del manto que hay bajo ella.
“La perforación de los fondos oceánicos nos permite acceder a este registro y utilizarlo para reconstruir una serie de aspectos importantes, como los controles sobre la composición del agua de mar, los ciclos globales de una serie de elementos y la evolución de los volcanes de los fondos marinos, responsables de la mayor parte del vulcanismo de la Tierra —explica Lissenberg. Y añade—: Además, son la forma de profundizar en el manto”.
El equipo documentó variaciones mineralógicas significativas en todo el núcleo de perforación a varias escalas, incluidos los niveles de serpentinización, un proceso que afecta a rocas ultrabásicas y básicas.
Análisis del piroxeno
Dicho de forma sencilla, la serpentinización es un proceso geológico mediante el cual el mineral olivino reacciona con agua y dióxido de carbono en condiciones de temperatura y presión específicas para producir serpentina, un grupo de minerales hidratados de silicato de magnesio.
La serpentinización proceso es importante en geología, porque puede ocurrir en ambientes de roca ultramáfica, esto es, rica en minerales como olivino y piroxeno, y está asociado con la alteración de estas rocas bajo condiciones hidrotermales.
El contenido de piroxeno de la muestra también fue inesperadamente bajo en comparación con otras muestras de peridotita abisal en todo el mundo, lo que podría deberse a altos grados de agotamiento y disolución de piroxeno durante el flujo de fusión. Y, contrariamente a lo que indican los modelos habituales, se encontró que la migración de la fusión era oblicua al afloramiento del manto.
Una muestra de roca del manto de la Tierra, vista bajo la luz de un microscopio petrográfico. Cortesía: Johan Lissenberg
Los autores observaron la interacción de fluidos hidrotermales y la roca en todo el núcleo. También se descubrió que las intrusiones de rocas gabroicas, que cristalizan a partir de magma en el subsuelo, desempeñan un papel inesperado en las alteraciones hidrotermales y en la regulación de la composición de los fluidos de los respiraderos hidrotermales.
Estos últimos se han propuesto como modelos de entornos en los que la química prebiótica puede haber llevado al desarrollo de la vida en la Tierra primitiva y otros cuerpos planetarios.
“Resulta un tanto enigmático que los fluidos que emergen de los respiraderos hidrotermales en las peridotitas serpentinizadas del manto registren composiciones que requieren una reacción con rocas gabroicas —comenta Lissenberg. Y continúa—: Nosotros descubrimos que la interacción hidrotermal fluido-roca es particularmente fuerte a lo largo de las vetas gabroicas, que constituyen casi un tercio de las rocas que recuperamos”.
Fragmentos de la muestra del manto obtenida a 1,2 kilómetros de profundidad. Cortesía: Johan Lissenberg
“Décadas de muestreo del fondo oceánico mediante dragado han pintado un panorama mineralógico aproximado del manto. Sin embargo, cada nueva misión de perforación revela vistas sorprendentes del manto y la formación de la corteza oceánica”, afirma Eric Hellebrand, científico de la Universidad de Utrecht (Países Bajos), en un artículo de perspectiva relacionado.
En el futuro, el equipo de científicos abordará el origen de la vida
En palabras de Hellebran, “los proyectos de perforación más ambiciosos revelarán piezas importantes para comprender los efectos biogeoquímicos del manto oceánico”.
“La clave de este trabajo es que podemos observar la serpentinización a distintas temperaturas, ya que en la parte superior del agujero es la del agua de mar, mientras que en la parte inferior, se calienta mucho —indica Lissenberg. Y continúa—: Así podemos relacionar esta serpentinización en un rango de temperaturas, con los microbios que se encuentran en las muestras”.
"Décadas de muestreo del fondo oceánico mediante dragado han dibujado un panorama mineralógico aproximado del manto. Sin embargo, cada nueva misión de perforación revela puntos de vista sorprendentes sobre el manto y la formación de la corteza oceánica —escribe Eric Hellebrand en la sección Perspective de Science. Y añade—: Proyectos de perforación más ambiciosos revelarán piezas importantes para comprender los efectos biogeoquímicos del manto oceánico".
Es más, este estudio aún no ha abordado directamente el origen de la vida. Algunos biólogos piensan que la vida en la Tierra comenzó en las profundidades del océano, cerca de las fuentes hidrotermales. Es por ello que los microbiólogos esperan determinar, al examinar las sustancias químicas que aparecen a lo largo del núcleo cilíndrico de roca, las condiciones que pudieron dar lugar a la vida y a qué profundidad bajo el fondo oceánico se produjeron.
“Pero esto será fruto de investigaciones posteriores —adelanta Lissenberg. Y concluye—: La clave es que hemos recuperado la primera sección larga que nos permitirá abordar este problema en el futuro”. ▪️
Información facilitada por el SINC -Adaptación: Enrique Coperías / RexMolón Producciones
Fuente: Eric Hellebrand. A deeper dive into Earth’s mantle. Science (2024). DOI: 10.1126/science.adr2490
