Las placas tectónicas que se hunden quedan atascadas en una capa recién descubierta del manto terrestre y podrían estar causando terremotos en la superficie.
Antes se pensaba que el manto inferior, que comienza a una profundidad de unos 700 km y constituye la mayor parte del manto, era bastante uniforme y variaba solo gradualmente a medida que aumentaba la profundidad.
Sin embargo, nuestro nuevo estudio apunta a una capa del manto caracterizada por un marcado aumento de la viscosidad, un hallazgo con importantes implicaciones para comprender lo que ocurre en las profundidades bajo nuestros pies.
Las profundidades desconocidas
El manto terrestre es la capa más extensa del interior de nuestro planeta. Se extiende desde unos 50 km hasta 3.000 km de profundidad y conecta el caliente núcleo externo líquido —con temperaturas superiores a 5.000 K— con la superficie de la Tierra.
Se cree que el movimiento de materiales dentro del manto terrestre impulsa los movimientos de las placas tectónicas en la superficie, que en última instancia provocan terremotos y volcanes. El manto también es el mayor reservorio terrestre de muchos elementos almacenados en minerales del manto. A lo largo de la historia de la Tierra, se han intercambiado cantidades considerables de material entre el manto profundo, la superficie y la atmósfera, lo que ha afectado tanto a la vida como al clima en la superficie.
Como la humanidad no puede explorar directamente el manto inferior —el pozo más profundo excavado por el ser humano apenas alcanza unos 12 km de profundidad—, muchos detalles del proceso global de reciclaje de materiales se conocen poco.
Sin embargo, sí sabemos que la principal forma en que los materiales pasan de la superficie y la atmósfera terrestres de vuelta al manto profundo se produce cuando una placa tectónica se desliza por debajo de otra y es empujada hacia abajo, bajo otra placa, hasta el manto.
Una trampa para las placas que se hunden
Hasta ahora, la mayoría de los investigadores suponía que estas placas descendentes se detenían en el límite entre el manto superior y el inferior, a unos 700 km de profundidad, o atravesaban todo el manto inferior hasta llegar al límite entre el núcleo y el manto, a 3.000 km de profundidad.
Pero nuestra nueva investigación, publicada en el último número en línea de Nature Geoscience, muestra que muchas de estas placas descendentes podrían quedar atrapadas por encima de una capa de roca impermeable, hasta ahora desconocida, dentro del manto inferior.
Descubrimos que las enormes presiones del manto inferior, que oscilan entre 25 GPa (gigapascales) y 135 GPa, pueden provocar un comportamiento sorprendente de la materia. Para imaginar la magnitud de esta presión, equilibrar la Torre Eiffel en la mano generaría presiones del orden de 10 GPa. Estas presiones dan lugar a la formación de una capa rígida en el manto terrestre. Las placas que se hunden podrían quedar atrapadas sobre esta capa, cuya rigidez alcanza su máximo a una profundidad superior a 1.500 km.
Bajo presión
Llegamos a esta conclusión tras realizar experimentos de laboratorio con ferropericlasa, un óxido de magnesio y hierro que se considera uno de los principales componentes del manto inferior terrestre. Comprimimos la ferropericlasa hasta alcanzar presiones de casi 100 GPa en una celda de yunque de diamante, un dispositivo de alta presión que comprime una diminuta muestra del tamaño de un cabello humano entre las puntas de dos minúsculos diamantes de talla brillante.
Mientras se comprimía, la ferropericlasa fue examinada con rayos X de alta energía para investigar cómo se deforma bajo estas elevadas presiones. Descubrimos que, a altas presiones, la capacidad del material para resistir la deformación irreversible aumentaba más de tres veces.
Utilizamos estos resultados para modelar el cambio de viscosidad con la profundidad en el manto inferior terrestre. Si bien estimaciones anteriores indicaban que la viscosidad variaba gradualmente con la profundidad, descubrimos un aumento drástico de la viscosidad a lo largo de los 900 km superiores del manto inferior.
Un aumento tan marcado de la viscosidad puede detener el descenso de las placas y, al hacerlo, afectar considerablemente al ciclo de materiales del interior profundo de la Tierra. Estos nuevos hallazgos cuentan con el respaldo de observaciones de imágenes tridimensionales basadas en el análisis de la velocidad de las ondas sísmicas que atraviesan la Tierra, que también indican que las placas dejan de hundirse antes de alcanzar una profundidad de 1.500 km.
Efectos en la superficie
Si es cierta, la existencia de esta capa rígida en el manto terrestre tiene amplias implicaciones para nuestra comprensión del ciclo de materiales del interior profundo de la Tierra. Podría limitar la mezcla de materiales entre las partes superior e inferior del manto inferior, de modo que regiones del manto con firmas geoquímicas previamente distintas permanezcan aisladas en zonas separadas en lugar de mezclarse a lo largo del tiempo geológico.
Además, una capa rígida en el manto medio también podría ejercer presión sobre las placas mucho más cerca de la superficie terrestre y actuar potencialmente como desencadenante de terremotos profundos.
Apenas estamos empezando a comprender mejor el funcionamiento interno de nuestro planeta, muchos de cuyos procesos, en última instancia, afectan a nuestra vida en la superficie.
Este artículo se publica en colaboración con The Conversation. Lee el artículo original.
La publicación no implica que el Foro Económico Mundial respalde estas opiniones.
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Autor: Hauke Marquardt es investigador de física mineral en la Universidad de Bayreuth.
Imagen: Una mujer y su hija tocan un modelo estructural del núcleo terrestre en el Museo Geológico de Nanjing, en Nanjing, provincia de Jiangsu. REUTERS/Sean Yong
