La zona de transición entre el manto superior e inferior de la Tierra contiene cantidades considerables de agua, según un estudio internacional en el que participa el Instituto de Geociencias de la Universidad Goethe de Fráncfort. El equipo de investigación germano-italo-estadounidense analizó un raro diamante formado a 660 metros bajo la superficie de la Tierra mediante técnicas como la espectroscopia Raman y la espectrometría FTIR. El estudio confirmó algo que durante mucho tiempo fue sólo una teoría, a saber, que el agua de los océanos acompaña a las losas en subducción y entra así en la zona de transición. Esto significa que el ciclo del agua de nuestro planeta incluye el interior de la Tierra.

La zona de transición (ZT) es el nombre que recibe la capa límite que separa el manto superior de la Tierra y el manto inferior. Se encuentra a una profundidad de 410 a 660 kilómetros. La inmensa presión de hasta 23.000 bares en la TZ hace que el mineral olivino, de color verde oliva, 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 unos 410 kilómetros de profundidad, se convierte en wadsleyita, más densa; a 520 kilómetros se metamorfosea en ringwoodita, aún más densa.

Estas transformaciones minerales dificultan enormemente los movimientos de las rocas en el manto, explica el profesor Frank Brenker, del Instituto de Geociencias de la Universidad Goethe de Fráncfort. Por ejemplo, las plumas del manto -columnas ascendentes de roca caliente procedentes del manto profundo- a veces se detienen justo debajo de la zona de transición. También se detiene el movimiento de masas en sentido contrario. Según Brenker, las placas en subducción suelen tener dificultades para atravesar toda la zona de transición. Así que hay todo un cementerio de estas placas en esta zona debajo de Europa.

Olivino procedente de Lanzarote | foto Jan Helebrant en Wikimedia Commons

Sin embargo, hasta ahora no se sabía cuáles eran los efectos a largo plazo de la «succión» de material en la zona de transición sobre su composición geoquímica y si existían allí mayores cantidades de agua. Brenker explica: Las placas en subducción también transportan sedimentos de las profundidades marinas a cuestas hacia el interior de la Tierra. Estos sedimentos pueden contener grandes cantidades de agua y CO2. Pero hasta ahora no estaba claro qué cantidad entra en la zona de transición en forma de minerales y carbonatos más estables, y por tanto tampoco estaba claro si realmente se almacenan allí grandes cantidades de agua.

Las condiciones imperantes serían ciertamente propicias para ello. Los minerales densos wadsleyita y ringwoodita pueden (a diferencia del olivino a menor profundidad) almacenar grandes cantidades de agua -de hecho, tan grandes que la zona de transición sería teóricamente capaz de absorber seis veces la cantidad de agua de nuestros océanos. Así que sabíamos que la capa límite tiene una enorme capacidad para almacenar agua, dice Brenker. Sin embargo, no sabíamos si realmente lo hacía.

Un diamante con incrustaciones de ringwoodita | foto Graham Pearson en Wikimedia Commons

Un estudio internacional en el que participó el geocientífico de Fráncfort ha aportado ahora la respuesta. El equipo de investigación analizó un diamante de Botsuana (África). 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 superprofundo, que representan sólo el 1% de los diamantes.

Los análisis revelaron que la piedra contiene numerosas inclusiones de ringwoodita, que presentan un alto contenido de agua. Además, el grupo de investigación pudo determinar la composición química de la piedra. Era casi exactamente la misma que la de prácticamente todos los fragmentos de roca del manto encontrados en los basaltos de cualquier parte del mundo. Esto demostró que el diamante procedía definitivamente de un trozo normal del manto terrestre. En este estudio hemos demostrado que la zona de transición no es una esponja seca, sino que contiene cantidades considerables de agua, dice Brenker, y añade: Esto también nos acerca un poco más a la idea de Julio Verne de un océano dentro de la Tierra. La diferencia es que allí abajo no hay un océano, sino una roca hidroeléctrica que, según Brenker, no se sentiría húmeda ni gotearía agua.

Ya en 2014 se detectó por primera vez la presencia de ringwoodita hidrosa en un diamante de la zona de transición. Brenker también participó en ese estudio. Sin embargo, no fue posible determinar la composición química precisa de la piedra porque era demasiado pequeña. Por lo tanto, no estaba claro hasta qué punto el primer estudio era representativo del manto en general, ya que el contenido de agua de ese diamante también podría haber sido el resultado de un entorno químico exótico.

El diamante de Botsuana reveló a los científicos que en la roca se almacenan cantidades considerables de agua a más de 600 kilómetros de profundidad | Foto Tingting Gu / Instituto Gemológico de América

Por el contrario, las inclusiones del diamante de 1,5 centímetros de Botsuana, que el equipo de investigación investigó en el presente estudio, eran lo suficientemente grandes como para permitir la determinación de la composición química precisa, lo que proporcionó la confirmación final de los resultados preliminares de 2014.

El alto contenido de agua de la zona de transición tiene consecuencias de gran alcance para la situación dinámica dentro de la Tierra. Lo que esto conlleva puede verse, por ejemplo, en las plumas calientes del manto que vienen de abajo y que se atascan en la zona de transición. Allí calientan la zona de transición rica en agua, lo que a su vez conduce a la formación de nuevas plumas de manto más pequeñas que absorben el agua almacenada en la zona de transición.

Si estas plumas de manto más pequeñas y ricas en agua migran ahora hacia arriba y rompen el límite con el manto superior, ocurre 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 justo antes de llegar a la superficie, como suele ocurrir. En consecuencia, las masas rocosas de esta parte del manto terrestre ya no son tan resistentes en su conjunto, lo que confiere un mayor dinamismo a los movimientos de masas. La zona de transición, que de otro modo actúa como una barrera para la dinámica del lugar, se convierte de repente en un motor de la circulación global de materiales.


Fuentes

Goethe-Universität Frankfurt am Main | Gu, T., Pamato, M.G., Novella, D. et al. Hydrous peridotitic fragments of Earth’s mantle 660 km discontinuity sampled by a diamond. Nat. Geosci. (2022). doi.org/10.1038/s41561-022-01024-y


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