Las fracturas están en negro / sombra y los colores muestran tensiones (el color rosa indica tensión de tracción, el color azul indica tensión de compresión).
Crédito: Chunan Tang , Alexander Webb et al.
La propuesta
La actividad de la Tierra sólida (por ejemplo, volcanes en Java, terremotos en Japón, etc.) se comprende bien en el contexto de la teoría de la tectónica de placas de 50 años de antigüedad. Esta teoría postula que la capa exterior de la Tierra (la «litosfera» de la Tierra) se subdivide en placas que se mueven entre sí. La mayor parte de la actividad se concentra a lo largo de los límites entre placas. Puede resultar sorprendente, entonces, que la comunidad científica no tenga un concepto firme sobre cómo se inició la tectónica de placas. El Dr. Alexander Webb, ha presentado una nueva respuesta, en colaboración con un equipo internacional, en un artículo publicado en Nature Communications. Él es parte de la División de Ciencias Planetarias y de la Tierra y el Laboratorio de Investigación Espacial de la Universidad de Hong Kong. Webb actúa como autor correspondiente del nuevo trabajo.
El Dr. Webb y su equipo propusieron que la caparazón de la Tierra primitiva se calentó, lo que provocó una expansión que generó grietas. Estas grietas crecieron y se fusionaron en una red global, subdividiendo la caparazón de la Tierra primitiva en placas.
Ilustraron esta idea mediante una serie de simulaciones numéricas, utilizando un código de mecánica de fracturas desarrollado por el primer autor del artículo. Este último es el Profesor Chunan Tang de la Universidad Tecnológica de Dalian.
Cada simulación rastrea la tensión y la deformación experimentadas por una carcasa de expansión térmica. Las carcasas generalmente pueden soportar alrededor de 1 km de expansión térmica (el radio de la Tierra es ~ 6371 km). Una expansión adicional conduce al inicio de la fractura y al rápido establecimiento de la red global de fracturas (Figura 1).
Una idea desacreditada
Aunque este modelo es simple (la primera capa de la Tierra se calentó, expandió y agrietó), superficialmente se parece a ideas desacreditadas durante mucho tiempo. Además contrasta con los preceptos físicos básicos de las Ciencias de la Tierra.
Antes de la revolución de las placas tectónicas, las actividades de la Tierra y la distribución de océanos y continentes se explicaban de otra manera. Se manejaban una variedad de hipótesis, incluida la llamada hipótesis de la Tierra en expansión.
Charles Darwin postuló que los terremotos, la formación de montañas y la distribución de las masas terrestres eran resultado de la expansión de la Tierra. La principal fuente de calor interna de la Tierra es la radiactividad. A su vez la desintegración continua de los elementos radiactivos, significa que hay menos calor disponible a medida que avanza el tiempo.
La expansión térmica podría entonces considerarse mucho menos probable que su opuesta: la contracción térmica. ¿Por qué, entonces, el Dr. Webb y sus colegas creen que la litosfera de la Tierra primitiva experimentó una expansión térmica?
Considerando los mecanismos de pérdida de calor: el efecto del vulcanismo.
«La respuesta está en los principales mecanismos de pérdida de calor que habrían ocurrido durante los primeros períodos de la Tierra», dijo el Dr. Webb. «La advección volcánica, transporta material caliente desde las profundidades a la superficie. Si ese fue el principal modo de pérdida de calor inicial, lo cambia todo».
El dominio del vulcanismo tendría un efecto inesperadamente escalofriante en la capa exterior de la Tierra. Esto se documenta en el trabajo anterior del Dr. Webb y el coautor Dr. William Moore (publicado en Nature en 2013) .
Ello se debe a que el material volcánico caliente tomado de las profundidades de la Tierra se habría depositado como material frío en la superficie. El calor se habría perdido en el espacio.
La evacuación desde las profundidades y la acumulación en la superficie habrían requerido eventualmente que el material frío de la superficie se hundiera. Este movimiento continuo hacia abajo del material de la superficie fría habría tenido un efecto de enfriamiento en la litosfera primitiva.
Debido a que la Tierra se estaba enfriando en general, la producción de calor y el vulcanismo correspondiente se habrían ralentizado. En consecuencia, el movimiento descendente de la litosfera se habría ralentizado con el tiempo.
Cuando el planeta se enfrió, la litosfera enfriada se habría calentado cada vez más por conducción, del material profundo y caliente que se encuentra debajo. Este calentamiento habría sido la fuente de la expansión térmica invocada en el nuevo modelo.
El nuevo modelo ilustra que si la litosfera sólida de la Tierra se expande térmicamente lo suficiente, se fracturaría y el rápido crecimiento de una red de fracturas dividiría la litosfera de la Tierra en placas.
El futuro de la investigación
El Dr. Webb y sus colegas continúan explorando el desarrollo temprano de nuestro planeta y de los otros planetas y lunas del Sistema Solar. Lo hacen a través de estudios teóricos, analíticos y basados en el campo, integrados. Sus exploraciones de campo los llevan a sitios remotos en Australia, Groenlandia y Sudáfrica. Su estudio analítica investiga la química de las rocas antiguas y sus componentes minerales. Sus estudios teóricos simulan varios procesos geodinámicos propuestos. Juntos, estos estudios socavan uno de los mayores misterios restantes de la Ciencia Planetaria y de la Tierra: ¿cómo y por qué la Tierra pasó de una bola fundida a nuestro planeta de placas tectónicas?
El artículo «Breaking Earth’s shell into a global plate network» en Nature Communications: https://www.nature.com/articles/s41467-020-17480-2.
Fuente: The University of Hong Kong.
Artículo original:
“Breaking” news! A new idea on how Earth’s outer shell first broke into tectonic plates«. July 19, 2020.
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Otra presentación de la noticia
- What Cracked the Earth’s Outer Shell and Started its Plate Tectonics? Evan Gough. Universe Today. July 24, 2020.
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