Los geólogos toman la temperatura central de la Tierra usando vidrio marino en erupción

Si los océanos de la Tierra estuvieran completamente drenados, revelarían una enorme cadena de volcanes submarinos que serpentean alrededor del planeta. Este extenso sistema de cordilleras oceánicas es producto del vuelco de material dentro de la Tierra, donde las temperaturas de ebullición pueden derretir y levantar rocas a través de la corteza, dividiendo el fondo del mar y remodelando la superficie del planeta durante cientos de millones de años.

Ahora, los geólogos del MIT han analizado miles de muestras de material erupcionado a lo largo de las dorsales oceánicas y han rastreado su historia química para estimar la temperatura del interior de la Tierra.

Su análisis muestra que la temperatura de las dorsales oceánicas subyacentes de la Tierra es relativamente constante, alrededor de 1.350 grados Celsius, casi tanto como la llama azul de una estufa de gas. Sin embargo, hay «puntos calientes» a lo largo de la cresta que pueden alcanzar los 1.600 grados Celsius, comparables a la lava más caliente.

Los hallazgos del equipo, publicados hoy en el Journal of Geophysical Research: Solid Earth, proporcionan un mapa de la temperatura interior de la Tierra alrededor de las dorsales oceánicas. Con este mapa, los científicos pueden comprender mejor los procesos de fusión que dan lugar a los volcanes submarinos y cómo estos procesos pueden guiar el ritmo de la tectónica de placas a lo largo del tiempo.

«La convección y la tectónica de placas han sido procesos importantes en la configuración de la historia de la Tierra», dice la autora principal Stephanie Brown Kerin, postdoctoral en el Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias del MIT (EAPS). «Conocer la temperatura a lo largo de toda la cadena es fundamental para comprender el planeta como un motor térmico y cómo la Tierra podría ser diferente de otros planetas y capaz de sustentar la vida».

Los coautores de Krein incluyen a Zachary Molitor, un estudiante graduado de EAPS, y Timothy Grove, profesor de geología de RR Schrock en el MIT.

Una historia química

La temperatura central de la Tierra ha jugado un papel vital en la configuración de la superficie del planeta durante cientos de millones de años. Pero no ha habido forma de leer directamente esta temperatura de decenas a cientos de kilómetros por debajo de la superficie. Los científicos aplicaron medios indirectos para inferir la temperatura del manto superior, la capa de la Tierra justo debajo de la corteza. Pero las estimaciones hasta ahora no son concluyentes y los científicos no están de acuerdo sobre cuánto varían las temperaturas debajo de la superficie.

Para su nuevo estudio, Kerin y sus colegas desarrollaron un nuevo algoritmo, llamado ReversePetrogen, diseñado para rastrear la historia química de una roca en el tiempo, identificar su composición original de elementos y determinar la temperatura a la que la roca se asienta inicialmente. . .

El algoritmo se basa en años de experimentos realizados en el laboratorio de Grove para reproducir y caracterizar los procesos de fusión del interior de la Tierra. Los investigadores del laboratorio calentaron rocas de diversas composiciones, alcanzando diferentes temperaturas y presiones, para observar su evolución química. A partir de estos experimentos, el equipo pudo derivar ecuaciones y, en última instancia, el nuevo algoritmo, para predecir las relaciones entre la temperatura, la presión y la composición química de una roca.

Kerin y sus colegas aplicaron su nuevo algoritmo a las rocas recolectadas a lo largo de las dorsales oceánicas de la Tierra, un sistema de volcanes submarinos que se extiende por más de 70.000 kilómetros de longitud. Las dorsales oceánicas son regiones donde las placas tectónicas se separan por la erupción de material del manto de la Tierra, un proceso impulsado por las temperaturas subyacentes.

«De hecho, podríamos modelar la temperatura de todo el interior de la Tierra, basándonos en parte en la temperatura de estas crestas», dice Kerin. «La pregunta es, ¿qué nos dicen realmente los datos sobre el cambio de temperatura en el manto a lo largo de toda la cadena?»

Mapa del manto

Los datos analizados por el equipo incluyen más de 13,500 muestras recolectadas a lo largo del sistema de cordilleras oceánicas durante varias décadas, de múltiples cruceros de investigación. Cada muestra en el conjunto de datos es de un vidrio marino en erupción: lava que entró en erupción en el océano y fue instantáneamente enfriada por el agua circundante en una forma prístina y preservada.

Los científicos identificaron previamente las composiciones químicas de cada vaso en el conjunto de datos. Kerin y sus colegas analizaron las composiciones químicas de cada muestra a través de su algoritmo para determinar la temperatura a la que cada vidrio se derritió originalmente en el manto.

De esta manera, el equipo pudo generar un mapa de las temperaturas del manto a lo largo de todo el sistema de cordilleras oceánicas. A partir de este mapa, observaron que gran parte del manto es relativamente homogéneo, con una temperatura promedio de alrededor de 1.350 grados centígrados. Sin embargo, hay «puntos calientes» o regiones a lo largo de la cresta donde las temperaturas en el manto parecen significativamente más cálidas, alrededor de 1.600 grados Celsius.

“La gente piensa en los hotspots como regiones en el manto donde hace más calor, y donde el material podría derretirse más y potencialmente elevarse más rápido, y no sabemos exactamente por qué, ni qué tan calientes son, ni cuál es el papel de la composición. . en hotspots «, dice Kerin.» Algunos de estos hotspots están en la cresta y ahora podemos tener una idea de cuál es la variación global de hotspot usando esta nueva técnica. Esto nos dice algo fundamental sobre la temperatura de la Tierra ahora. y ahora podemos pensar en cómo ha cambiado con el tiempo ».

Kerin agrega: «Comprender estas dinámicas nos ayudará a determinar mejor cómo crecieron y evolucionaron los continentes en la Tierra y cuándo comenzaron la subducción y la tectónica de placas, que son fundamentales para la vida compleja».

Esta investigación fue apoyada, en parte, por la National Science Foundation.