La Tierra en 2.500 millones de años

El núcleo de la Tierra está enterrado a 3.000 kilómetros bajo la superficie y puede extenderse hasta 6.400 kilómetros bajo la superficie. En el núcleo de la Tierra, la mayor parte del material es hierro y una parte es níquel. Debido a que el núcleo de la Tierra es muy profundo y tiene una temperatura de varios miles de grados, los humanos actualmente no tenemos la capacidad de perforar allí, por lo que nuestra comprensión del núcleo de la Tierra es muy limitada.

Un estudio reciente [1] demostró que el núcleo caliente de la Tierra no está "solo", sino que está mezclado con otras capas. La investigación ha descubierto que parte del material más profundo de la Tierra se filtra hacia las columnas del manto y parte de él eventualmente llega a la superficie de la Tierra.

Los geólogos dicen que el descubrimiento podría ayudar a resolver una cuestión geológica que se ha debatido durante décadas: si el núcleo y el manto de la Tierra intercambian material. Resulta que durante los últimos 2.500 millones de años, el núcleo de la Tierra ha estado filtrando material hacia el manto.

Estudiar el núcleo de la Tierra no es fácil porque comienza a 3.000 kilómetros bajo tierra. El agujero más profundo excavado por el hombre con fines de exploración científica es el pozo Kola Superdeep, que tiene sólo 12,3 kilómetros de profundidad y que todavía no excava la corteza para llegar al manto.

Aunque los científicos no pueden excavar en el núcleo de la Tierra, el elemento 74 de la tabla periódica, el tungsteno (W), nos dirá qué sucede dentro de la Tierra. El tungsteno es un elemento amante del hierro y puede reaccionar con él. Por lo tanto, no es sorprendente que el núcleo de la Tierra contenga algo de tungsteno, ya que el núcleo de la Tierra está hecho principalmente de hierro.

En la naturaleza, existen cinco isótopos de tungsteno (los núcleos de un mismo elemento contienen distinto número de neutrones), entre ellos el tungsteno-182 (el número de neutrones es 108) y el tungsteno-184 (el número de neutrones es 108). El número de subunidades es 110). Los investigadores se dieron cuenta de que estos isótopos podrían ayudarles a resolver el problema de las fugas desde el núcleo de la Tierra.

Otro elemento, el hafnio (Hf), es un elemento litófilo, lo que significa que se forma con rocas y se puede encontrar en el manto rico en silicatos de la Tierra. El isótopo radiactivo del hafnio, el hafnio-182, tiene una vida media de 8,9 millones de años, donde se descompone en tungsteno-182. Los científicos teorizan que esto significa que el manto debería tener más tungsteno-182 que el núcleo.

Dado que el basalto proviene de las plumas del manto, el intercambio químico entre el núcleo de la Tierra y las plumas del manto se puede detectar basándose en la proporción de tungsteno-182/tungsteno-184 en los basaltos de las islas oceánicas. Sin embargo, esta diferencia en el tungsteno es extremadamente pequeña. Se espera que la diferencia en la composición del tungsteno-182 en el manto y el núcleo sea de sólo unas 200 ppm. Sólo unos pocos laboratorios en el mundo pueden realizar este tipo de análisis.

Los resultados muestran que durante la evolución de la Tierra, la proporción de tungsteno-182 a tungsteno-184 en el manto ha cambiado mucho. Las rocas más antiguas de la Tierra tienen una proporción de tungsteno-182/tungsteno-184 más alta que la mayoría de las rocas modernas, lo que significa que el tungsteno del núcleo se filtró hacia el manto con el tiempo.

La Tierra se formó hace unos 4.500 millones de años, pero los isótopos de tungsteno en las rocas más antiguas del manto de la Tierra no han sufrido ningún cambio significativo. Esto muestra que desde hace 4.300 millones de años hasta hace 2.700 millones de años, casi no hubo intercambio de material entre el núcleo y el manto superior.

Pero en los últimos 2.500 millones de años, la composición de isótopos de tungsteno en el manto de la Tierra ha cambiado dramáticamente.

Los geólogos creen que si una pluma del manto se eleva desde el límite entre el núcleo y el manto, entonces podría actuar como un balancín, con material de la superficie de la Tierra fluyendo hacia el manto profundo. Este material de superficie contiene oxígeno, que afecta al tungsteno. Por lo tanto, el aumento de la concentración de oxígeno en las profundidades de la Tierra puede forzar la migración del tungsteno del núcleo hacia el manto.

[1] H. Rizo, D. Andrault, N.R. Bennett, et al., W-182 evidencia de la interacción núcleo-manto en la fuente de las plumas del manto, Geochemical Perspectives Letters, 2019, 11, 6 -11.