Para comprender los recursos del futuro cercano, los geólogos necesitan entender los volcanes del pasado remoto. La exploración de antiguas cámaras magmáticas en lugares como Groenlandia tiene el potencial de proporcionar nuevas fuentes de los metales raros que sustentan las tecnologías verdes modernas.
Muchos metales raros, como neodimio, niobio y disprosio – esenciales para la fabricación de aerogeneradores y coches eléctricos – se extraen de volcanes fósiles.
Los volcanes son la forma que tiene la naturaleza de llevar material desde las profundidades de la Tierra hasta la superficie. Los procesos de fusión dentro del manto – la parte interior de la Tierra situada entre el núcleo sobrecalentado y la corteza exterior delgada – producen magma que asciende cientos de kilómetros y, finalmente, brota a la superficie en forma de volcanes.
La corteza terrestre está formada por placas tectónicas semirrígidas que se desplazan y chocan para formar montañas o se hunden unas debajo de otras en regiones denominadas zonas de subducción. El volumen de material que los volcanes llevan a la superficie terrestre se equilibra con cantidades similares de material que regresan al manto a través de las placas tectónicas que se hunden.
Esto apunta a lo que llamamos «ciclos de elementos», en los que el material de las profundidades asciende a la superficie a través de los volcanes y luego regresa al manto mediante la subducción. Una de las grandes preguntas de las ciencias de la Tierra es qué le ocurre a este material subducido y cuánto tiempo permanece en el manto.
Volcanes fósiles
Nuestra reciente investigación estudió un grupo de antiguos volcanes en el sur de Groenlandia. Hace unos 1.300 millones de años, Groenlandia era un paisaje volcánico con profundos valles de fractura muy parecidos al actual este de África. Volcanes de gran tamaño entraron en erupción sobre la superficie terrestre, y grandes sistemas fluviales similares al Nilo transportaron minerales de estos volcanes a lo largo de extensas áreas.
Los ríos y volcanes de Groenlandia han sufrido una erosión prolongada, pero los sedimentos que transportaron los ríos todavía pueden encontrarse, y los «sistemas de conductos» volcánicos que operaban bajo estos antiguos volcanes han conservado muestras de los magmas que entraron en erupción.
Queríamos entender cómo el ciclo de los elementos se relaciona con la concentración de metales críticos en estos antiguos volcanes de Groenlandia. Aunque resulta útil estudiar los propios elementos valiosos, a veces podemos aprender más sobre los ciclos de elementos de la Tierra estudiando otros elementos asociados a ellos.
Identificación mediante huellas del azufre
En nuestro estudio utilizamos el elemento azufre, del que existen cuatro formas estables (denominadas isótopos). Cada uno tiene una masa ligeramente diferente. Esto es importante porque los procesos naturales pueden separar selectivamente los isótopos más ligeros de los más pesados. Como ocurre al comer una bolsa de M&M’s en la que se prefieren los rojos y se dejan los marrones, los procesos geológicos provocan variaciones en las abundancias relativas de cada elemento en distintos materiales.
Al medir la cantidad de isótopo presente en las rocas, podemos conocer los procesos que las formaron. Los isótopos del azufre son especialmente útiles porque los procesos bio y geoquímicos que tienen lugar en la superficie terrestre (a bajas temperaturas) son muy eficaces para modificar las huellas isotópicas del azufre, mientras que los procesos magmáticos (a altas temperaturas) no generan mucha variación entre el azufre ligero y el pesado.
Por tanto, las variaciones en las huellas isotópicas del azufre en las rocas magmáticas nos permiten identificar vestigios de material cortical reciclado en la fuente del manto. Al elegir volcanes que estuvieron activos en distintos periodos del tiempo geológico, reconstruimos cómo han variado la composición del manto y el ciclo del azufre a lo largo de la historia de la Tierra.
Los geólogos saben desde hace tiempo que la superficie terrestre ha cambiado profundamente en los últimos 4.500 millones de años, a medida que surgía la vida y se volvía progresivamente más compleja. La creciente huella de la vida en el ciclo del azufre ha modificado drásticamente la relación de isótopos de azufre de los sedimentos de la superficie terrestre, pero esta huella no se había documentado previamente en rocas del manto.
Nuestro trabajo demuestra por primera vez que la huella del azufre en el manto terrestre cambió de una manera que, en líneas generales, coincide con los cambios del azufre en la superficie terrestre. Los impactos biológicos y atmosféricos en la huella del azufre superficial parecen haberse transferido hasta el interior de la Tierra.
Esto significa que la superficie terrestre y el manto están fuertemente conectados: uno responde a los cambios del otro, aunque se desconocen las escalas temporales de este reciclaje. Nuestros datos muestran que el azufre que en su día estuvo en la superficie terrestre volvió al manto a través de la actividad de las placas tectónicas y que, hace 1.300 millones de años, se encontró de nuevo emergiendo a la superficie en los volcanes de Groenlandia. Es como un geológico déjà vu.
¿Un ciclo o muchos?
¿Cuántas veces ha sido reciclado el azufre entre la corteza y el manto terrestres a lo largo del tiempo geológico? Actualmente no conocemos la respuesta, pero nuestra investigación dibuja la Tierra como una gran cinta transportadora global de elementos, con la superficie y el azufre del manto estrechamente vinculados.
El estudio tiene muchas implicaciones. Una cuestión clave en geología es cómo se forman los depósitos de metales raros, en particular los metales de alta tecnología esenciales para la revolución de la energía verde. La historia del azufre parece coherente con nuestro trabajo sobre otros isótopos. Por ejemplo, uno de los mayores depósitos del mundo del elemento tantalio (utilizado en electrónica y también concentrado en uno de los antiguos volcanes de Groenlandia) presenta huellas isotópicas que también apuntan a un reciclaje cortical.
Es posible que estos ciclos globales hayan llevado elementos de la superficie al manto y de vuelta muchas veces, concentrando efectivamente dichos elementos en cada ocasión. El ciclo global que hemos documentado en el azufre puede ser un precursor esencial para generar los depósitos metálicos que son cruciales para las tecnologías modernas. Al comprender la tectónica de placas y los procesos magmáticos que tuvieron lugar hace miles de millones de años, obtenemos conocimientos sobre cómo identificar y comprender los recursos minerales del futuro.
