Los científicos proponen una nueva teoría de la formación continental

Antiguas y vastas extensiones de corteza continental conocidas como cratones han estabilizado los continentes de la Tierra durante miles de millones de años mediante el cambio de masas continentales, la formación de montañas y el desarrollo de los océanos. Los científicos de Penn State han sugerido un nuevo mecanismo que podría explicar la formación de cratones hace unos 3 mil millones de años, arrojando luz sobre una cuestión de larga data en la historia geológica de la Tierra.

Los científicos lo informan en la revista. Naturaleza que los continentes tal vez no hayan surgido de los océanos de la Tierra como masas continentales estables, cuyo rasgo característico es una corteza superior enriquecida en granito. Más bien, la exposición del lecho de roca al viento y la lluvia hace unos 3 mil millones de años desencadenó una serie de procesos geológicos que finalmente estabilizaron la corteza, permitiéndole sobrevivir durante miles de millones de años sin ser destruida ni restaurada.

Los hallazgos podrían representar una nueva comprensión de cómo evolucionan los planetas potencialmente habitables similares a la Tierra, dijeron los científicos.

Implicaciones para la evolución planetaria

«Para crear un planeta como la Tierra es necesario crear una corteza continental y estabilizarla», dijo Jesse Reimink, profesor asistente de geociencias en Penn State y autor del estudio. “Los científicos pensaban que era lo mismo: los continentes se estabilizaban y luego emergían por encima del nivel del mar. Pero lo que estamos diciendo es que estos procesos están separados».

Los cratones se extienden más de 150 kilómetros, o 93 millas, desde la superficie de la Tierra hasta el manto superior, donde actúan como la quilla de un barco, manteniendo los continentes flotando al nivel del mar o cerca de él durante el tiempo geológico, dijeron los investigadores.

La meteorización puede haber concentrado elementos productores de calor como uranio, torio y potasio en la corteza superficial, permitiendo que la corteza más profunda se enfríe y endurezca. Este mecanismo creó una capa gruesa y dura de roca que pudo haber protegido el fondo de los continentes de cualquier deformación posterior, una característica de los cratones, dijeron los científicos.

Procesos geológicos y producción de calor.

«La receta para crear y estabilizar la corteza continental implica concentrar estos elementos productores de calor, que pueden considerarse como pequeños motores térmicos, muy cerca de la superficie», dijo Andrew Smye, profesor asociado de geociencias en Penn State y autor del estudio. . estudiar. “Hay que hacerlo porque cada vez que átomo de las desintegraciones del uranio, el torio o el potasio, libera calor que puede aumentar la temperatura de la corteza. La corteza caliente es inestable: tiende a deformarse y no se pega.»

A medida que el viento, la lluvia y las reacciones químicas destruyeron las rocas en los primeros continentes, los sedimentos y minerales arcillosos fueron arrastrados a arroyos y ríos y transportados hacia el mar, donde crearon depósitos sedimentarios como esquistos con altas concentraciones de uranio, torio y potasio. dijeron los científicos.

Estas antiguas rocas metamórficas llamadas gneises, encontradas en la costa ártica, representan las raíces de los continentes ahora expuestos en la superficie. Los científicos dijeron que las rocas sedimentarias intercaladas en este tipo de rocas proporcionarían un motor térmico para estabilizar los continentes. Crédito: Jesse Reimink

Las colisiones entre placas tectónicas enterraron estas rocas sedimentarias en las profundidades de la corteza terrestre, donde el calor radiogénico liberado por el esquisto provocó el derretimiento de la corteza inferior. Los derretimientos flotaban y subían hacia la corteza superior, atrapando elementos productores de calor en rocas como el granito y permitiendo que la corteza inferior se enfriara y endureciera.

Se cree que los cratones se formaron hace entre 3 y 2.500 millones de años, una época en la que elementos radiactivos como el uranio se habrían desintegrado aproximadamente el doble de rápido y habrían liberado el doble de calor que hoy.

El trabajo destaca que la época en que se formaron los cratones en la Tierra Media fue particularmente adecuada para procesos que pueden haberlos llevado a estabilizarse, dijo Reimink.

«Podemos pensar en esto como una cuestión de evolución planetaria», dijo Reimink. “Uno de los ingredientes clave necesarios para crear un planeta como la Tierra podría ser la aparición de continentes en una etapa relativamente temprana de su vida. Porque vas a crear sedimentos radiactivos que están muy calientes y que producen un tramo realmente estable de corteza continental que vive alrededor del nivel del mar y es un excelente entorno para que se propague la vida.

Los investigadores analizaron concentraciones de uranio, torio y potasio de cientos de muestras de rocas del período Arcaico, cuando se formaron los cratones, para evaluar la productividad del calor radiogénico basándose en las composiciones reales de las rocas. Utilizaron estos valores para crear modelos térmicos de formación de cratones.

«Anteriormente, la gente había observado y considerado los efectos del cambio en la producción de calor radiogénico a lo largo del tiempo», dijo Smye. «Pero nuestro estudio vincula la producción de calor a partir de rocas con la aparición de continentes, la generación de sedimentos y la diferenciación de la corteza continental».

Los cratones, que normalmente se encuentran dentro de los continentes, contienen algunas de las rocas más antiguas de la Tierra, pero siguen siendo difíciles de estudiar. En áreas tectónicamente activas, la formación de cinturones montañosos puede sacar a la superficie rocas que alguna vez estuvieron enterradas a gran profundidad.

Pero los orígenes de los cratones permanecen a gran profundidad y son inaccesibles. Los científicos dijeron que el trabajo futuro implicará tomar muestras de los antiguos interiores de los cratones y, tal vez, perforar núcleos para probar su modelo.

«Estas rocas sedimentarias metamorfoseadas que se han derretido y han producido granitos que concentran uranio y torio son como cajas negras que registran la presión y la temperatura», dijo Smye. «Y si podemos desbloquear ese archivo, podremos probar las predicciones de nuestro modelo para la trayectoria de vuelo de la corteza continental».

Referencia: “El envejecimiento subaéreo impulsó la estabilización continental” por Jesse R. Reimink y Andrew J. Smye, 8 de mayo de 2024, Naturaleza.
DOI: 10.1038/s41586-024-07307-1

Penn State y la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. proporcionaron financiación para este trabajo.