Ciento cincuenta y ocho años después de que Julio Verne publicara Viaje al centro de la Tierra, un equipo multidisciplinar de científicos multinacionales sostiene que, a 660 kilómetros bajo la superficie terrestre, hay rocas hidratadas y, por tanto, agua. Se basan en la composición de un diamante raro que se han encontrado en una mina de Botswana (África).
“En este estudio, hemos demostrado que la zona de transición no es una esponja seca, sino que contiene cantidades considerables de agua. Esto también nos acerca un paso más a la idea de Julio Verne de un océano dentro de la Tierra. La diferencia es que allí abajo no hay océano, sino roca hidratada”, puntualiza el profesor Frank Brenker, de la Universidad Goethe, en Frankfurt.
La zona de transición (TZ) es el nombre con el que se denomina a la capa límite que separa el manto superior y el manto inferior. Se encuentra a una profundidad de entre 410 y 660 kilómetros.
La estructura interna y la dinámica de la Tierra se han moldeado por el límite de 660 km entre la zona de transición del manto y el manto inferior. Sin embargo, debido a la escasez de muestras naturales de esta profundidad, la naturaleza de este límite, su composición y los flujos volátiles a través de él, siguen siendo objeto de debate.
En este trabajo que difunde Nature Geoscience, los científicos analizaron las inclusiones minerales del diamante tipo gema IaB de la mina Karowe y, como explican, descubrieron minerales recuperados del manto inferior ringwoodita + ferropericlasa + enstatita con bajo contenido de Ni (MgSiO3) en una inclusión polifásica, junto con otros minerales principales del manto inferior y fases hídricas. Ubican su origen en ~23.5 GPa y ~1,650 °C, correspondientes hasta la profundidad en la discontinuidad de 660 km.
Metamorfosis mineral
El carácter petrológico de las inclusiones indica que la ringwoodita (∼ Mg1.84 Fe 0.15 SiO4) se descompone en bridgmanita (∼ Mg0.93 Fe0.07 SiO3) y ferropericlasa (∼ Mg0.84 Fe0.16 O) en un ambiente saturado de agua en la discontinuidad de 660 km y revela que la composición peridotítica y las condiciones hídricas se extienden en menos a través de la zona de transición y hacia el manto inferior.
La inmensa presión de hasta 23.000 bar en la zona de transición hace que el mineral verde oliva olivino (peridoto), que constituye alrededor del 70% del manto superior de la Tierra, altere su estructura cristalina.
En el límite superior de la zona de transición, a una profundidad de unos 410 kilómetros, se convierte en wadsleyita más densa; a 520 kilómetros se metamorfosea en ringwoodita aún más densa. “Estas transformaciones minerales dificultan en gran medida los movimientos de las rocas en el manto”, explica el profesor Brenker.
Por ejemplo, las plumas del manto (columnas ascendentes de roca caliente del manto profundo) a veces se detienen directamente debajo de la zona de transición. El movimiento de masa en la dirección opuesta también se detiene. En este sentido, Brenker explica que “las placas en subducción a menudo tienen dificultades para atravesar toda la zona de transición. Así que hay todo un cementerio de esas placas en esta zona debajo de Europa”.
Sin embargo, los investigadores desconocían cuáles eran los efectos a largo plazo de la succión de material en la zona de transición sobre su composición geoquímica y si allí existían mayores cantidades de agua.
Alto contenido de agua
Para el profesor Brenker, “las losas en subducción también transportan sedimentos de aguas profundas al interior de la Tierra. Estos sedimentos pueden contener grandes cantidades de agua y dióxido de carbono (CO2). Pero hasta ahora no estaba claro cuánto entra en la zona de transición en forma de carbonatos y minerales hidratados más estables y, por lo tanto, tampoco estaba claro si realmente se almacenan allí grandes cantidades de agua”.
Sin duda, las condiciones reinantes serían propicias para ello. Los minerales densos wadsleyita y ringwoodita pueden (a diferencia del olivino en profundidades menores) almacenar grandes cantidades de agua; de hecho, tan grandes que la zona de transición teóricamente podría absorber seis veces la cantidad de agua en nuestros océanos. “Entonces sabíamos que la capa límite tiene una enorme capacidad para almacenar agua. Sin embargo, no sabíamos si realmente lo hizo”, destaca el investigador.
En este estudio multinacional han encontrado la respuesta. Analizaron el diamante encontrado en Botswana, que se formó a una profundidad de 660 kilómetros, justo en la interfaz entre la zona de transición y el manto inferior, donde la ringwoodita es el mineral predominante.
Los diamantes de esta región son muy raros, incluso entre los raros diamantes de origen súper profundo, que representan solo el 1% de estas gemas. Los análisis revelaron que la piedra preciosa contiene numerosas inclusiones de ringwoodita, que exhiben un alto contenido de agua. Además, los científicos determinaron la composición química del diamante.
Es casi exactamente la misma que el de prácticamente todos los fragmentos de roca del manto encontrados en basaltos, en cualquier parte del mundo. Esto demostró que el diamante definitivamente provenía de una parte normal del manto de la Tierra.
Zona de transición rica en agua
Cabe recordar que la ringwoodita hidratada se detectó por primera vez en un diamante de la zona de transición ya en 2014. Brenker también participó en ese estudio. Sin embargo, no fue posible determinar su composición química porque era demasiado pequeña.
Por el contrario, las inclusiones en el diamante de 1,5 centímetros de Botswana, que estos científicos analizaron ahora, son lo suficientemente grandes como para permitir determinar la composición química precisa y esto proporcionó la confirmación final de los resultados preliminares de hace ocho años.
El alto contenido de agua de la zona de transición tiene consecuencias de gran alcance para la situación dinámica dentro de la Tierra. A qué conduce esto se puede ver, por ejemplo, en las columnas del manto caliente que vienen de abajo, que se atascan en la zona de transición.
Allí, calientan la zona de transición rica en agua que, a su vez, se traduce en la formación de nuevas columnas de manto más pequeñas que absorben el agua almacenada en la zona de transición.
Si estas plumas del manto ricas en agua más pequeñas ahora migran más hacia arriba y atraviesan el límite hacia el manto superior, sucede lo siguiente: el agua contenida en las plumas del manto se libera, lo que reduce el punto de fusión del material emergente.
Por tanto, se funde inmediatamente y no antes de llegar a la superficie, como suele ocurrir. El manto ya no es tan duro en general, lo que da más dinamismo a los movimientos de masas. La zona de transición, que de otro modo actúa como una barrera, de repente se convierte en un impulsor de la circulación material global.
