Antiguas y vastas extensiones de corteza continental conocidas como cratones han estabilizado los continentes de la Tierra durante miles de millones de años mediante cambios en las masas terrestres, la formación de montañas y el desarrollo de los océanos. Los científicos de Penn State han propuesto un nuevo mecanismo que podría explicar la formación de cratones hace unos 3 mil millones de años, arrojando luz sobre una cuestión de larga data en la historia geológica de la Tierra.

Científicos mencionados en la revista. naturaleza Es posible que los continentes no hayan surgido de los océanos de la Tierra como una masa terrestre estable, ya que su característica distintiva es una corteza superior rica en granito. En cambio, la exposición de nuevas rocas al viento y la lluvia hace unos 3 mil millones de años desencadenó una serie de procesos geológicos que finalmente estabilizaron la corteza, permitiéndole sobrevivir durante miles de millones de años sin ser destruida ni reajustada.

Los científicos dijeron que los hallazgos pueden representar una nueva comprensión de cómo evolucionan los planetas potencialmente habitables similares a la Tierra.

Implicaciones para la evolución planetaria

«Para crear un planeta como la Tierra, es necesario formar una corteza continental y estabilizar esa corteza», dijo Jesse Remink, profesor asistente de ciencias de la Tierra en Penn State y autor del estudio. “Los científicos pensaban que se trataba de lo mismo: los continentes se estabilizaron y luego emergieron sobre el nivel del mar. Pero lo que estamos diciendo es que esos procesos están separados.

Los científicos dijeron que los cratones se extienden más de 150 kilómetros, o 93 millas, desde la superficie de la Tierra hasta el manto superior, donde actúan como la quilla de un barco, manteniendo los continentes flotando al nivel del mar o cerca de él durante el tiempo geológico.

La meteorización puede eventualmente concentrar elementos productores de calor como uranio, torio y potasio en la corteza poco profunda, permitiendo que la corteza más profunda se enfríe y solidifique. Este mecanismo creó una capa gruesa y sólida de roca que pudo haber protegido los fondos de los continentes de una deformación posterior, una característica distintiva de los cratones, dijeron los científicos.

Procesos geológicos y producción de calor.

«La receta para formar y estabilizar la corteza continental implica concentrar estos elementos productores de calor, que pueden considerarse como minimotores térmicos, cerca de la superficie», dijo Andrew Smee, profesor asistente de geociencias en Penn State y autor del estudio. estudiar. Estancia. “Hay que hacerlo cada vez maíz El uranio, el torio o el potasio se desintegran, liberando calor que puede aumentar la temperatura de la corteza terrestre. La chapa caliente es inestable, propensa a deformarse y no permanece en su lugar.

Cuando el viento, la lluvia y las reacciones químicas descompusieron las rocas en los primeros continentes, los sedimentos y los minerales arcillosos se desplazaron hacia arroyos y ríos y fueron transportados al mar, donde crearon depósitos sedimentarios similares a esquistos que contenían altas concentraciones de uranio, torio y potasio. . Dijeron los científicos.

Estas antiguas rocas metamórficas llamadas gneis, encontradas en la costa ártica, representan las raíces de los continentes ahora expuestos en la superficie. Los científicos dijeron que las rocas sedimentarias intercaladas en este tipo de rocas proporcionarían un motor térmico para estabilizar los continentes. Crédito: Jesse Remink

Las colisiones entre placas tectónicas enterraron estas rocas sedimentarias en lo profundo de la corteza terrestre, donde el calor radiativo del esquisto derritió la corteza inferior. El material fundido flotaría y subiría de nuevo a la corteza superior, atrapando los elementos productores de calor allí en rocas como el granito, y permitiendo que la corteza inferior se enfriara y solidificara.

Se cree que los cratones se formaron hace entre 3 y 2.500 millones de años, una época en la que elementos radiactivos como el uranio se desintegraban a un ritmo aproximadamente dos veces más rápido, emitiendo el doble de calor que en la actualidad.

Remink dijo que el trabajo destaca que la época en que se formaron los cratones a principios de la Tierra Media era especialmente adecuada para los procesos que pueden haber conducido a su estabilidad.

«Podemos pensar en esto como una cuestión de evolución planetaria», dijo Remink. «La aparición de continentes relativamente temprano en su vida puede ser uno de los ingredientes clave que se necesitan para crear un planeta como la Tierra. Porque se crearán depósitos radiactivos muy calientes y se producirá una región realmente estable de corteza continental que vive cerca del nivel del mar. , que es un gran entorno para que la vida se propague».

Los investigadores analizaron las concentraciones de uranio, torio y potasio de cientos de muestras de rocas de la era Arcaica, cuando se formaron los cratones, para evaluar la productividad del calor radiativo basándose en las composiciones reales de las rocas. Utilizaron estos valores para crear modelos térmicos de formación de cratones.

«Anteriormente, la gente observaba y observaba los efectos del cambio en la producción de calor radiante a lo largo del tiempo», dijo Smay. «Pero nuestro estudio vincula la producción de calor a partir de rocas con la emergencia continental, la generación de sedimentos y la diferenciación de la corteza continental».

Los cratones, que normalmente se encuentran en el interior de los continentes, contienen algunas de las rocas más antiguas de la Tierra, pero siguen siendo difíciles de estudiar. En áreas tectónicamente activas, la formación de un cinturón montañoso puede sacar a la superficie rocas que alguna vez estuvieron enterradas profundamente en la Tierra.

Pero los orígenes de los cratones siguen estando muy bajo tierra e inaccesibles. Los científicos dijeron que el trabajo futuro incluirá tomar muestras del antiguo interior de los cratones y tal vez perforar muestras de núcleos para probar su modelo.

«Estas rocas sedimentarias metamórficas que se derritieron y produjeron granito que concentró uranio y torio son como cajas negras que registran la presión y la temperatura», dijo Smay. «Si podemos abrir este archivo, podremos probar las predicciones de nuestro modelo sobre la trayectoria de la corteza continental».

Referencia: “Continentes estabilizados por meteorización subaérea” por Jesse R. Remink y Andrew J. Sami, 8 de mayo de 2024, naturaleza.
doi: 10.1038/s41586-024-07307-1

Penn State y la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. proporcionaron financiación para este trabajo.