Un estudio de la Universidad de Rochester que utilizó cristales de circonio descubrió que las placas tectónicas estaban inactivas durante el período en que apareció la vida por primera vez en la Tierra. En cambio, estaba operando un mecanismo de «tapa estancada», liberando calor a través de grietas en la superficie. Este descubrimiento desafía la creencia tradicional de que las placas tectónicas son esenciales para el origen de la vida, lo que podría remodelar nuestra comprensión de las condiciones necesarias para la vida en otros planetas.

Los científicos han viajado en el tiempo para descifrar los misterios de la historia temprana de la Tierra, utilizando diminutos cristales minerales llamados circones para estudiar la tectónica de placas hace miles de millones de años. La investigación arroja luz sobre las condiciones que existían en la Tierra primitiva, revelando una interacción compleja entre la corteza terrestre, el núcleo y el surgimiento de la vida.

La tectónica de placas permite que el calor del interior de la Tierra escape a la superficie, formando continentes y otras características geológicas necesarias para que surja la vida. En consecuencia, “existe la suposición de que la tectónica de placas es necesaria para la vida”, dice John Tarduno, profesor en el Departamento de Ciencias Ambientales y de la Tierra de la Universidad de Rochester. Pero una nueva investigación arroja dudas sobre esa suposición.

Tarduno, el William R. Kenan, Jr. Catedrático de Geofísica, es autor principal de un artículo publicado en la revista Naturaleza examinando la tectónica de placas de hace 3.900 millones de años, cuando los científicos creen que aparecieron los primeros rastros de vida en la Tierra. Los investigadores encontraron que las placas tectónicas en movimiento no ocurrían durante este período. En cambio, descubrieron que la Tierra estaba liberando calor a través de lo que se conoce como un régimen de tapa estancada. Los resultados indican que, si bien la tectónica de placas es un factor clave para sustentar la vida en la Tierra, no es un requisito para que la vida se origine en un planeta similar a la Tierra.

“Descubrimos que no había tectónica de placas cuando se pensaba que se originó la vida, y que no hubo tectónica de placas durante cientos de millones de años después”, dice Tarduno. «Nuestros datos sugieren que cuando buscamos exoplanetas que albergan vida, los planetas no necesariamente necesitan tener placas tectónicas».

Una desviación inesperada de un estudio de circones.

Los investigadores originalmente no se propusieron estudiar la tectónica de placas.

“Estábamos estudiando la magnetización de los circones porque estábamos estudiando el campo magnético de la Tierra”, dice Tarduno.

Los circones son cristales diminutos que contienen partículas magnéticas que pueden bloquear la magnetización de la Tierra en el momento en que se formaron los circones. Al fechar los circones, los investigadores pueden construir una línea de tiempo que rastree el desarrollo del campo magnético de la Tierra.

La fuerza y ​​dirección del campo magnético de la Tierra cambia dependiendo de la latitud. Por ejemplo, el campo magnético actual es más fuerte en los polos y más débil en el ecuador. Armados con información sobre las propiedades magnéticas de los circones, los científicos pueden inferir las latitudes relativas en las que se formaron los circones. Es decir, si la eficiencia de la geodinamo, el proceso que genera el campo magnético, es constante y la intensidad del campo cambia durante un período, la latitud en la que se formaron los circones también debe cambiar.

Pero Tarduno y su equipo encontraron lo contrario: los circones que estudiaron en Sudáfrica indicaron que durante el período de hace aproximadamente 3900 a 3400 millones de años, la fuerza del campo magnético no cambió, lo que significa que las latitudes tampoco cambiaron.

Debido a que la tectónica de placas incluye cambios en las latitudes de varias masas de tierra, Tarduno dice: «Los movimientos de las placas tectónicas probablemente no ocurrieron durante este período, y debe haber otra forma en que la Tierra estaba eliminando el calor».

Reforzando aún más sus hallazgos, los investigadores encontraron los mismos patrones en los circones que estudiaron en Australia Occidental.

“No estamos diciendo que los circones se formaron en el mismo continente, pero parece que se formaron en la misma latitud invariable, lo que refuerza nuestro argumento de que no hubo movimiento de placas tectónicas en ese momento”, dice Tarduno.

Tectónica de tapa estancada: una alternativa a la tectónica de placas

La Tierra es una máquina de calor, y la tectónica de placas es, en última instancia, la liberación de calor de la Tierra. Pero la tectónica de la tapa estancada, que da como resultado grietas en la superficie de la Tierra, es otra forma de permitir que el calor escape del interior del planeta para formar continentes y otras características geológicas.

La tectónica de placas involucra el movimiento horizontal y la interacción de grandes placas en la superficie de la Tierra. Tarduno y sus colegas informan que, en promedio, las placas durante los últimos 600 millones de años se han movido al menos 8500 kilómetros (5280 millas) de latitud. En contraste, la tectónica del casquete estancado describe cómo la capa más externa de la Tierra se comporta como un casquete estancado, sin movimiento activo de placas horizontales. En cambio, la capa exterior permanece en su lugar mientras el interior del planeta se enfría. Grandes penachos de material fundido que se originan en el interior profundo de la Tierra pueden causar grietas en la capa exterior. La tectónica de párpados estancados no es tan efectiva como la tectónica de placas para liberar calor del manto de la Tierra, pero aún puede conducir a la formación de continentes.

“La Tierra primitiva no era un planeta donde todo estaba muerto en la superficie”, dice Tarduno. “Todavía estaban sucediendo cosas en la superficie de la Tierra; nuestra investigación indica que simplemente no estaban ocurriendo a través de las placas tectónicas. Teníamos al menos suficientes ciclos geoquímicos proporcionados por los procesos de la tapa estancada para producir las condiciones adecuadas para el origen de la vida”.

Mantener un planeta habitable

Aunque la Tierra es el único planeta conocido que experimenta la tectónica de placas, otros planetas como[{» attribute=»»>Venus, experience stagnant lid tectonics, Tarduno says.

“People have tended to think that stagnant lid tectonics would not build a habitable planet because of what is happening on Venus,” he says. “Venus is not a very nice place to live: it has a crushing carbon dioxide atmosphere and sulfuric acid clouds. This is because heat is not being removed effectively from the planet’s surface.”

Without plate tectonics, Earth may have met a similar fate. While the researchers hint that plate tectonics may have started on Earth soon after 3.4 billion years, the geology community is divided on a specific date.

“We think plate tectonics, in the long run, is important for removing heat, generating the magnetic field, and keeping things habitable on our planet,” Tarduno says. “But, in the beginning, and a billion years after, our data indicates that we didn’t need plate tectonics.”

Reference: “Hadaean to Palaeoarchaean stagnant-lid tectonics revealed by zircon magnetism” by John A. Tarduno, Rory D. Cottrell, Richard K. Bono, Nicole Rayner, William J. Davis, Tinghong Zhou, Francis Nimmo, Axel Hofmann, Jaganmoy Jodder, Mauricio Ibañez-Mejia, Michael K. Watkeys, Hirokuni Oda and Gautam Mitra, 14 June 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-023-06024-5

The team included researchers from four US institutions and institutions in Canada, Japan, South Africa, and the United Kingdom. The research was funded by the US National Science Foundation.