La vida surgió de una «tapa estancada», no de placas tectónicas

La tectónica de placas implica el movimiento horizontal y la interacción de grandes placas en la superficie terrestre. La tectónica de placas cambiantes, que se pensaba que era necesaria para la creación de un planeta habitable, no ocurrió en la Tierra hace 3.900 millones de años, según indica una nueva investigación. Crédito: Ilustración de la Universidad de Rochester / Michael Osadciw

Un estudio de la Universidad de Rochester que utilizó cristales de circón descubrió que la tectónica de placas estaba inactiva durante el tiempo en que apareció la vida por primera vez en la Tierra. En cambio, estaba en funcionamiento un mecanismo de «tapa sellada», que liberaba calor a través de las grietas de la superficie. Este descubrimiento desafía la creencia tradicional de que la tectónica de placas es esencial para el origen de la vida, lo que podría remodelar nuestra comprensión de las condiciones necesarias para la vida en otros planetas.

Los científicos han viajado en el tiempo para desentrañar los misterios de la historia antigua de la Tierra, utilizando diminutos cristales minerales llamados circones para estudiar la tectónica de placas hace miles de millones de años. La investigación arroja luz sobre las condiciones que existían en la Tierra primitiva, revelando una interacción compleja entre la corteza terrestre, el núcleo y el surgimiento de la vida.

La tectónica de placas permite que el calor del interior de la Tierra escape a la superficie, formando continentes y otras características geológicas necesarias para que surja la vida. Como resultado, «se ha planteado la hipótesis de que la tectónica de placas es necesaria para la vida», dice John Tarduno, profesor del Departamento de Ciencias Ambientales y de la Tierra de la Universidad de Rochester. Pero una nueva investigación cuestiona esa suposición.

Tarduno, William R. Kenan, Jr. Profesor de Geofísica, es el autor principal de un artículo publicado en la revista Naturaleza examinando la tectónica de placas desde hace 3.900 millones de años, cuando los científicos creen que aparecieron los primeros rastros de vida en la Tierra. Los investigadores encontraron que la tectónica de placas cambiantes no estaba ocurriendo durante este período. En cambio, descubrieron que la Tierra estaba liberando calor a través de lo que se conoce como un régimen de tapa estancada. Los resultados indican que, aunque la tectónica de placas es un factor clave para sustentar la vida en la Tierra, no es un requisito para que la vida se origine en un planeta similar a la Tierra.

«Descubrimos que no había tectónica de placas cuando se pensaba que se originó la vida, y que no hubo tectónica de placas durante cientos de millones de años después», dice Tarduno. «Nuestros datos sugieren que cuando buscamos exoplanetas que albergan vida, los planetas no necesariamente tienen que tener placas tectónicas».

Una desviación inesperada de un estudio de circón

Los investigadores no se habían propuesto inicialmente estudiar la tectónica de placas.

“Estábamos estudiando la magnetización de los circones porque estábamos estudiando el campo magnético de la Tierra”, dice Tarduno.

Los circones son cristales diminutos que contienen partículas magnéticas que pueden bloquear la magnetización de la Tierra en el momento en que se formaron los circones. Al fechar los circones, los investigadores pueden construir una línea de tiempo que siga el desarrollo del campo magnético de la Tierra.

La fuerza y ​​la dirección del campo magnético de la Tierra cambian según la latitud. Por ejemplo, el campo magnético actual es más fuerte en los polos y más débil en el ecuador. Armados con información sobre las propiedades magnéticas de los circones, los científicos pueden inferir las latitudes relativas en las que se formaron los circones. Es decir, si la eficiencia de la geodinamo, el proceso que genera el campo magnético, es constante y la intensidad del campo cambia durante un período, la latitud en la que se formaron los circones también debe cambiar.

Pero Tarduno y su equipo encontraron lo contrario: los circones que estudiaron en Sudáfrica indicaron que durante el período de hace aproximadamente 3900 a 3400 millones de años, la fuerza del campo magnético no cambió, lo que significa que las latitudes tampoco cambiaron. .

Debido a que la tectónica de placas incluye cambios en las latitudes de varias masas de tierra, dice Tarduno, «los movimientos tectónicos de placas probablemente no ocurrieron durante este tiempo, y debe haber otra forma en que la Tierra estaba eliminando calor».

Reforzando aún más sus hallazgos, los investigadores encontraron los mismos patrones en los circones que estudiaron en Australia Occidental.

«No estamos diciendo que los circones se formaron en el mismo continente, pero parecen haberse formado en la misma latitud inmutable, lo que refuerza nuestra tesis de que el movimiento de las placas tectónicas no ha ocurrido en este momento», dice Tarduno.

Tectónica de tapa estancada: una alternativa a la tectónica de placas

La Tierra es un motor térmico y la tectónica de placas es, en última instancia, la liberación de calor de la Tierra. Pero la tectónica de tapa estancada, que da como resultado grietas en la superficie de la Tierra, es otro medio que permite que el calor escape del interior del planeta para formar continentes y otras características geológicas.

La tectónica de placas implica el movimiento horizontal y la interacción de grandes placas en la superficie terrestre. Tarduno y sus colegas informan que, en promedio, las placas se han movido al menos 8.500 kilómetros (5.280 millas) de latitud durante los últimos 600 millones de años. En contraste, la tectónica de la tapa estancada describe cómo la capa más externa de la Tierra se comporta como una tapa estancada, sin movimiento activo de placa horizontal. En cambio, la capa exterior permanece en su lugar mientras el interior del planeta se enfría. Grandes penachos de material fundido que se originan en las profundidades de la Tierra pueden provocar la ruptura de la capa exterior. La tectónica de párpados no es tan efectiva como la tectónica de placas para liberar calor del manto terrestre, pero aún puede conducir a la formación de continentes.

«La Tierra primitiva no era un planeta donde todo estaba muerto en la superficie», dice Tarduno. “Todavía estaban sucediendo cosas en la superficie de la tierra; nuestra investigación indica que simplemente no ocurrieron a través de la tectónica de placas. Teníamos al menos suficientes ciclos geoquímicos proporcionados por los procesos de tapa estancada para producir condiciones adecuadas para el origen de la vida».

Mantener un planeta habitable

Si bien la Tierra es el único planeta conocido que experimenta la tectónica de placas, otros planetas, como[{» attribute=»»>Venus, experience stagnant lid tectonics, Tarduno says.

“People have tended to think that stagnant lid tectonics would not build a habitable planet because of what is happening on Venus,” he says. “Venus is not a very nice place to live: it has a crushing carbon dioxide atmosphere and sulfuric acid clouds. This is because heat is not being removed effectively from the planet’s surface.”

Without plate tectonics, Earth may have met a similar fate. While the researchers hint that plate tectonics may have started on Earth soon after 3.4 billion years, the geology community is divided on a specific date.

“We think plate tectonics, in the long run, is important for removing heat, generating the magnetic field, and keeping things habitable on our planet,” Tarduno says. “But, in the beginning, and a billion years after, our data indicates that we didn’t need plate tectonics.”

Reference: “Hadaean to Palaeoarchaean stagnant-lid tectonics revealed by zircon magnetism” by John A. Tarduno, Rory D. Cottrell, Richard K. Bono, Nicole Rayner, William J. Davis, Tinghong Zhou, Francis Nimmo, Axel Hofmann, Jaganmoy Jodder, Mauricio Ibañez-Mejia, Michael K. Watkeys, Hirokuni Oda and Gautam Mitra, 14 June 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-023-06024-5

The team included researchers from four US institutions and institutions in Canada, Japan, South Africa, and the United Kingdom. The research was funded by the US National Science Foundation.