La vida surgió del «manto estancado», no de la tectónica de placas

Un estudio de la Universidad de Rochester, utilizando cristales de circón, encontró que las placas tectónicas estaban inactivas durante el período en que apareció la vida por primera vez en la Tierra. En cambio, estaba en funcionamiento un mecanismo de «tapa estancada», que liberaba calor a través de las grietas superficiales. Este descubrimiento desafía la creencia tradicional de que la tectónica de placas es esencial para el origen de la vida y, potencialmente, remodela nuestra comprensión de las condiciones requeridas para la vida en otros planetas.

Los científicos han hecho un viaje en el tiempo para desentrañar 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 los continentes y otras características geológicas necesarias para el surgimiento de la vida. En consecuencia, «se suponía que la tectónica de placas es esencial para la vida», dice John Tarduno, profesor del Departamento de Ciencias Ambientales y de la Tierra de la Universidad de Rochester. Pero una nueva investigación arroja dudas sobre esta suposición.

Tarduno, Profesor de Geofísica en la William R. Keenan Jr., autor principal de un artículo publicado en la revista. naturaleza Estudie la tectónica de placas hace 3900 millones de años, cuando los científicos creen que aparecieron los primeros rastros de vida en la Tierra. Los investigadores encontraron que no se estaba produciendo ningún movimiento de placa tectónica móvil durante este tiempo. En cambio, descubrieron que la Tierra libera calor a través de lo que se conoce como un sistema de manto estancado. Los resultados indican que aunque la tectónica de placas es un factor clave para la continuación de la vida en la Tierra, no es una condición para el surgimiento de la vida en un planeta similar a la Tierra.

«Descubrimos que no había tectónica de placas cuando se pensó por primera vez que surgió la vida, y no hubo tectónica de placas durante cientos de millones de años después de eso», dice Tarduno. «Nuestros datos sugieren que cuando buscamos exoplanetas que albergan vida, los planetas no necesariamente necesitan placas tectónicas».

Un giro inesperado del estudio de circón

Los investigadores no se propusieron originalmente 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 atrapar la magnetización de la Tierra en el momento en que se formaron los circones. Al fechar los circones, los investigadores pueden crear una línea de tiempo para rastrear la evolución 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 deducir 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, entonces la latitud en la que se formaron los circones también debe cambiar.

Pero Tarduno y su equipo descubrieron lo contrario: los circones que estudiaron en Sudáfrica indicaron que desde hace unos 3900 a 3400 millones de años, la intensidad del campo magnético no cambió, lo que significa que las latitudes tampoco cambiaron.

Dado que la tectónica de placas involucra cambios de latitud para diferentes masas terrestres, dice Tarduno, «es probable que los movimientos tectónicos de placas no ocurrieran durante este tiempo y debe haber alguna otra forma de eliminar el calor de la Tierra».

Para reforzar 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 parecen haberse formado en la misma latitud invariable, lo que fortalece nuestro argumento de que no hubo movimiento de placas tectónicas en ese momento», dice Tarduno.

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

La Tierra es un motor térmico y la tectónica de placas es, en última instancia, la liberación de calor de la Tierra. Pero el estancamiento tectónico del manto, 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 entre grandes placas en la superficie de la Tierra. Tarduno y sus colegas informan que, en promedio, las placas de los últimos 600 millones de años se han movido al menos 8500 kilómetros (5280 millas) de latitud. Por el contrario, la tectónica del manto estancado describe cómo la capa más externa de la Tierra se comporta como un manto estancado, sin un movimiento de placa horizontal activo. En cambio, la capa exterior permanece en su lugar mientras el interior del planeta se enfría. Grandes penachos de material fundido que se elevan profundamente en el interior de la Tierra pueden causar la fractura de la capa exterior. El movimiento de la tectónica del manto estancado no es tan eficiente como el movimiento de las placas tectónicas en la liberación de calor del manto de la Tierra, pero aun así conduce a la formación de los 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 no estaban ocurriendo a través de la tectónica de placas. Teníamos al menos suficientes ciclos geoquímicos proporcionados por los procesos de capa estancada para producir las condiciones adecuadas para el origen de la vida».

Preservar un planeta habitable

Si bien 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.