¿Cómo se forma la corteza continental de la Tierra? Una nueva teoría de fondo
Las agujas McMillan, en el estado de Washington, tienen rocas metamórficas conocidas como granulitas que se han equilibrado en condiciones de presión y temperatura típicas de la corteza inferior continental. Foto: John Scurlock/Jagged Ridge Imaging
En las profundidades de las Islas Aleutianas de Alaska, donde la presión y las temperaturas son tan elevadas que la roca empieza a fluir, está naciendo una nueva corteza continental.
Los científicos creen desde hace tiempo que la corteza continental se forma en los arcos volcánicos: saben que el magma que se desprende de los volcanes de los arcos es muy similar a la corteza continental desde el punto de vista geoquímico. La cuestión que persiste es cómo ocurre exactamente. Mientras que el magma que llega a la superficie es similar a la corteza continental, la corteza inferior bajo los arcos volcánicos es bastante diferente de la mitad inferior de la corteza continental.
Un nuevo estudio que aparece en la revista Nature Geoscience de esta semana pone en tela de juicio una teoría muy extendida y aporta un nuevo apoyo a otra, según la cual la lava de los arcos volcánicos procedente de la superficie y los «plutones» poco profundos -magma que se solidificó sin entrar en erupción- son arrastrados hacia el interior de la Tierra en las zonas de subducción y luego ascienden para acumularse en la parte inferior de la corteza de los arcos volcánicos como el vapor en el techo de una cocina. Los científicos han encontrado pruebas convincentes que sugieren que esto podría haber producido la gran mayoría de la corteza continental inferior a lo largo de la historia de la Tierra.
Relaminación de sedimentos subducidos.
«Los sedimentos están realmente bien representados en la corteza inferior continental, pero ¿cómo llegaron al fondo del continente? La forma más fácil es que esos sedimentos sean empujados por una zona de subducción y suban hasta acumularse en la base de la corteza», dijo Peter Kelemen, geoquímico del Observatorio de la Tierra Lamont-Doherty de la Universidad de Columbia y autor del trabajo junto a Mark Behn, del Instituto Oceanográfico Woods Hole.
Mirando la corteza terrestre
Para determinar cómo la corteza del arco podría convertirse en corteza continental, Kelemen y Behn examinaron los dos únicos lugares conocidos en los que una sección completa de la corteza inferior del arco es visible en tierra. Uno de ellos, en Pakistán, quedó atrapado en la antigua colisión de placas tectónicas entre la India y Asia, y fue empujado hacia arriba en montañas escarpadas. El otro, el arco de Talkeetna, que se extiende desde la península de Alaska hasta Valdez, fue empujado hacia arriba en el borde de América del Norte.
«No solemos ver el fondo de la corteza inferior de los arcos, pero en Alaska y Pakistán podemos ver hasta el fondo. Estos antiguos arcos se formaron, chocaron con América del Norte, giraron sobre sus lados y se erosionaron durante millones de años. Como están inclinados, podemos bajar desde el fondo marino, pasando por la base de la corteza y llegando al manto», dijo Kelemen.
A lo largo de estas zonas de corteza de arco expuesta, los científicos tomaron muestras para ver cómo cambiaba la composición geoquímica de la roca al aumentar la profundidad de la corteza. Pudieron extraer minerales que habían registrado la presión y la temperatura en el punto en el que los minerales se cristalizaron en las profundidades del subsuelo, marcando la profundidad a la que se encontraba la roca en cada punto.
Los científicos encontraron cambios significativos en la composición de la corteza a mitad de camino hacia el interior de la corteza del arco.
En la mitad inferior de la corteza del arco, a partir de unos 20 kilómetros por debajo de la superficie original, la concentración media de oligoelementos «incompatibles» -elementos como el tantalio y el potasio que prefieren permanecer en el fundido durante la cristalización- era mucho menor que en la corteza continental inferior a la misma profundidad. Sólo los 20 kilómetros superiores de la corteza del arco tenían composiciones similares a las de la corteza continental inferior.
Esto supone un problema para una de las principales teorías sobre la formación de la corteza continental, dijo Kelemen. Esta teoría sugiere que la corteza del arco se delamina, es decir, que los trozos densos de roca dentro de la corteza del arco se mueven lentamente hacia abajo y se «funden» en el manto hasta que la corteza del arco alcanza la composición de la corteza continental. Los nuevos datos sugieren que para que la delaminación funcione sería necesario eliminar gran parte de la roca de un espesor de corteza de 20 kilómetros. Sin embargo, la delaminación sólo funciona por debajo de los 35 o 40 kilómetros de profundidad.
«Así que, incluso después de eliminar un poco de material denso del fondo, todavía vas a terminar con la corteza inferior en los arcos que tiene un aspecto realmente diferente de la corteza inferior en los continentes. El proceso no es suficiente para convertir la corteza inferior continental en corteza de los arcos», dijo Kelemen. La delaminación tiene lugar, pero para que sea la fuerza motriz se necesitaría un proceso complejo de engrosamiento repetido de la corteza y eventos metamórficos, dijo.
Kelemen y Behn sugieren un proceso más simple.
La prueba de las islas Aleutianas
Los autores pusieron su modelo a prueba en las islas Aleutianas. En ese arco volcánico, la lava y los plutones son similares a la corteza continental, pero la corteza inferior está muy agotada en elementos que son abundantes en la corteza continental inferior. Para determinar la posibilidad de que la relaminación produzca corteza continental inferior, los científicos calcularon la densidad de la lava y los plutones expuestos a las presiones y temperaturas de la zona de subducción.
Alrededor del 44 por ciento de las lavas de las Aleutianas y el 78 por ciento de los plutones serían más flotantes que la peridotita del manto en condiciones de la zona de subducción, descubrieron. Esto sugiere que si partes del arco de las Aleutianas son arrastradas hacia la zona de subducción, a una profundidad de 90 a 120 km, donde las temperaturas superan los 700°C, las lavas del arco y los plutones subirían para acumularse en el fondo de la corteza. La composición de este material acumulado se parecería a la corteza continental inferior.
Intrigados por ese hallazgo, los científicos realizaron los mismos cálculos para otros arcos. Descubrieron que en el yacimiento de Talkeetna, en Alaska, el 48 por ciento de las lavas y el 37 por ciento de los plutones serían flotantes. En Kohistan, el yacimiento de Pakistán, el 36 por ciento de las lavas y el 29 por ciento de los plutones serían flotantes.
La reelaminación puede ser evidente en el Esquisto Pelona del sur de California, donde son visibles secciones de corteza continental inferior, dijo Kelemen. Las rocas arcillosas y las manchas de peridotita del manto rodeadas de materiales más flotantes pueden encontrarse en la corteza expuesta, «infraplateada».
«Podemos ver sedimentos jóvenes y volcánicos que estaban embutidos bajo la corteza continental más antigua y que ahora forman parte del conjunto. ¿Cómo llegaron hasta allí? Sucedió en el sur de California, y yo diría que probablemente sucede en muchos lugares», dijo Kelemen.
Conozca más sobre el trabajo que se está llevando a cabo en el Observatorio de la Tierra Lamont-Doherty.