Vastas y antiguas 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 sugerido 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.

Los científicos informaron en la revista. Naturaleza que es posible que los continentes no hayan surgido de los océanos de la Tierra como masas terrestres estables cuyo sello distintivo sea una corteza superior enriquecida con granito. En cambio, la exposición de roca fresca al viento y la lluvia hace unos 3 mil millones de años desencadenó una serie de procesos geológicos que eventualmente estabilizaron la corteza, permitiéndole sobrevivir durante miles de millones de años sin ser destruida ni reiniciada.

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

Implicaciones para la evolución planetaria

«Para crear un planeta como la Tierra hay que crear una corteza continental y estabilizarla», afirmó Jesse Reimink, profesor asistente de geociencias en Penn State y autor del estudio. “Los científicos creen que es lo mismo: los continentes se estabilizaron y luego emergieron por encima del nivel del mar. Pero lo que estamos diciendo es que estos procesos están separados”.

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 a flote en el nivel del mar o cerca de él a lo largo del tiempo, dijeron los científicos.

La meteorización puede haber concentrado elementos productores de calor como uranio, torio y potasio en la corteza poco profunda, permitiendo que la corteza más profunda se enfríe y endurezca. Este mecanismo creó una capa gruesa y dura de roca que puede haber protegido los fondos de los continentes de una deformación posterior, una característica 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 pequeños motores térmicos, muy cerca de la superficie», dijo Andrew Smye, profesor asociado de geociencias en Penn State y autor del libro. . para estudiar. “Hay que hacer esto porque cada vez que átomo a partir de la descomposición del uranio, torio o potasio, libera calor que puede aumentar la temperatura de la corteza. La corteza caliente es inestable: tiende a deformarse y no se pega”.

A medida que el viento, la lluvia y las reacciones químicas destruyeron las rocas en los primeros continentes, los sedimentos y los minerales arcillosos fueron arrastrados a arroyos y ríos y transportados al mar, donde crearon depósitos sedimentarios como esquistos con altas concentraciones de uranio, torio y potasio. dijeron los científicos.

Estas antiguas rocas metamórficas llamadas gneises, 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 estos tipos de rocas proporcionarían un motor térmico para estabilizar los continentes. Crédito: Jesse Reimink

Las colisiones entre placas tectónicas enterraron estas rocas sedimentarias profundamente en la corteza terrestre, donde el calor radiogénico liberado por el esquisto provocó el derretimiento de la corteza inferior. Los derretimientos flotaban y volvían a subir a la corteza superior, atrapando elementos productores de calor en rocas como el granito y permitiendo que la corteza inferior se enfriara y endureciera.

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

El trabajo destaca que la época en que se formaron los cratones a principios de la Tierra Media fue especialmente adecuada para los procesos que pueden haberlos llevado a estabilizarse, dijo Reimink.

«Podemos pensar en esto como una cuestión de evolución planetaria», dijo Reimink. “Uno de los ingredientes clave necesarios para crear un planeta como la Tierra puede ser la aparición de continentes relativamente temprano en su vida. Porque vas a crear sedimentos radioactivos que están muy calientes y que producen un área realmente estable de corteza continental que vive cerca del nivel del mar y es un gran entorno para que se propague la vida”.

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

«Anteriormente, la gente había observado y considerado los efectos del cambio en la producción de calor radiogénico a lo largo del tiempo», dijo Smye. «Pero nuestro estudio vincula la producción de calor a partir de rocas con la aparición de continentes, 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 zonas tectónicamente activas, la formación de cinturones montañosos puede sacar a la superficie rocas que anteriormente estaban enterradas bajo tierra.

Pero los orígenes de los cratones permanecen bajo tierra y son inaccesibles. Los científicos dijeron que el trabajo futuro implicará tomar muestras del interior de cratones antiguos y tal vez perforar muestras para probar su modelo.

«Estas rocas sedimentarias metamorfoseadas que se derritieron y produjeron granitos que concentran uranio y torio son como cajas negras que registran la presión y la temperatura», dijo Smye. «Y si podemos desbloquear este archivo, podremos probar las predicciones de nuestro modelo para la trayectoria de vuelo de la corteza continental».

Referencia: “La erosión subaérea condujo a la estabilización de los continentes” por Jesse R. Reimink y Andrew J. Smye, 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.