El manto terrestre podría contener tanta agua como el oceáno Pacífico

Un nuevo estudio está ayudando a responder una antigua pregunta que se ha colocado recientemente a la vanguardia de la ciencia terrestre: ¿Nuestro planeta produce su propia agua a través de procesos geológicos, nos llegó a bordo de los cometas de hielo procedentes de los confines del sistema solar?

La respuesta es probablemente «ambos», según investigadores de la Universidad Estatal de Ohio (Ohio State); y la misma cantidad de agua que contiene el Océano Pacífico actualmente podría ser enterrada en el interior del planeta en este momento.

En la reunión de la Unión Geofísica Americana (AGU, por sus siglas en inglés) esta semana, han informado del descubrimiento de una ruta geoquímica previamente desconocida, por la cual la Tierra puede mantener agua en su interior durante miles de millones de años y aun así liberar pequeñas cantidades a la superficie a través de la tectónica de placas, alimentando nuestros océanos desde dentro.

Al tratar de comprender la formación de la Tierra primitiva, algunos investigadores han sugerido que el planeta era seco e inhóspito para la vida hasta que cometas helados bombardearon la tierra y depositaron agua en la superficie.

Una hipótesis diferente

Wendy Panero, profesora asociada de ciencias de la tierra en Ohio State, y el estudiante de doctorado Jeff Pigott están siguiendo una hipótesis diferente: que la Tierra se formó con océanos enteros de agua en su interior, que han suministrado agua de forma continua a la superficie a través de la tectónica de placas desde entonces .

Los investigadores han aceptado desde hace tiempo que el manto contiene agua, pero es un misterio cuánta. Y, si algún mecanismo geológico ha estado suministrando agua a la superficie todo este tiempo, ¿no debería haberse quedado el manto ya sin agua?

Como no hay manera de estudiar directamente las rocas del manto profundo, Panero y Pigott están investigando la cuestión con experimentos de física de alta presión y cálculos computacionales.

«Cuando nos fijamos en los orígenes del agua de la Tierra, lo que realmente estamos preguntándonos es: ¿Por qué somos tan diferentes de todos los otros planetas?», explica Panero en la información de la universidad. «En este sistema solar, la Tierra es única porque tenemos agua líquida en la superficie. También somos el único planeta con tectónica de placas activa. Tal vez esa agua del manto sea clave para la tectónica de placas, y eso es parte de lo que hace a la Tierra habitable «.

Para el estudio es clave la idea de que las rocas que parecen secas al ojo humano pueden en realidad contener agua -en forma de átomos de hidrógeno atrapados dentro de huecos y defectos cristalinos naturales-. El oxígeno es abundante en los minerales, por lo que cuando un mineral contiene algo de hidrógeno, ciertas reacciones químicas pueden liberar el hidrógeno para que una al oxígeno y forme agua.

Los átomos de hidrógeno solitarios podrían constituir sólo una pequeña fracción de la roca del manto, explican los investigadores. Sin embargo, dado que el manto es más del 80 por ciento del volumen total del planeta esos átomos solitarios podrían sumar una gran cantidad de agua potencial.

En un laboratorio de Ohio State, los investigadores comprimen diferentes minerales que son comunes en el manto y los someten a altas presiones y temperaturas usando una celda de yunque de diamante, un dispositivo que aprieta una pequeña muestra de material entre dos diamantes y lo calienta con un láser, para simular las condiciones de las profundidades de la Tierra.

Examinan cómo las estructuras cristalinas de los minerales cambian a medida que se comprimen, y utilizan esa información para medir las capacidades relativas de los minerales para almacenar hidrógeno. A continuación, extienden sus resultados experimentales utilizando cálculos informáticos para descubrir los procesos geoquímicos que permitirían a estos minerales subir a través del manto hasta la superficie, condición necesaria para que el agua pudiera escapar a los océanos.

Ringwoodita

En un artículo presentado a una revista académica, los investigadores informan de pruebas recientes realizadas con el mineral bridgmanita, una forma de olivino a altas presiones. Aunque la bridgmanita es el mineral más abundante en el manto inferior, se descubrieron que contiene muy poco hidrógeno para desempeñar un papel importante en el suministro de agua de la Tierra.

Otro grupo de investigación encontró recientemente que la ringwoodita, otra forma de olivino, sí que contiene suficiente hidrógeno para que sea un buen candidato para el almacenamiento de agua en tierra profundas. Así que Panero y Pigott centraron su estudio en la profundidad a la que se encuentra la ringwoodita -un lugar entre 500 y 800 kilómetros por debajo de la superficie al que los investigadores llaman «zona de transición»- como la región que es más probable que contenga la fuente de agua del planeta. A partir de ahí, la misma convección de la roca del manto que produce la tectónica de placas podría llevar el agua a la superficie.

Un problema: Si toda el agua de la ringwoodita es drenado continuamente a la superficie a través de la tectónica de placas, ¿cómo podría el planeta tener aún reservas?

Para la investigación presentada en la AGU, Panero y Pigott realizaron nuevos cálculos informáticos sobre la geoquímica de la parte más baja del manto, a unos 800 kilómetros de profundidad y más abajo. Allí, otro mineral, el granate, surgió como un probable portador de agua, un intermediario que podría poner a resguardo una parte del agua de la ringwoodita en el manto inferior, que de lo contrario estaría seco.

Si este escenario es correcto, la Tierra podría contener actualmente en sus profundidades la mitad de la cantidad de agua que fluye en los océanos de la superficie, señala Panero, cantidad que sería aproximadamente igual al volumen del Océano Pacífico. Esta agua circula continuamente a través de la zona de transición como resultado de la tectónica de placas.

«Una forma de mirar esta investigación es que estamos poniendo restricciones a la cantidad de agua que podría estar allí», agrega Pigott.

Panero llama a la compleja relación entre la tectónica de placas y las aguas superficiales «uno de los grandes misterios de las ciencias de la tierra.» Pero este nuevo estudio apoya la creciente sospecha de los investigadores de que la convección del manto de alguna manera regula la cantidad de agua en los océanos. También amplía enormemente la línea de tiempo para el ciclo de agua de la Tierra.

«Si toda el agua de la Tierra está en la superficie, eso nos da una interpretación del ciclo del agua según la cual ésta circula entre los océanos, la atmósfera y el subsuelo a través de millones de años», explica. «Pero si la circulación del manto también es parte del ciclo del agua, el tiempo total del ciclo de tiene que ser de miles de millones de años.»