Logran perforar 1,2 kilómetros del fondo oceánico para obtener nuevos datos sobre el manto de la Tierra

Investigadores de la Expedición 399 del Programa Internacional para el Descubrimiento de los Océanos (IODP, por sus siglas en inglés) han conseguido la inmersión más profunda en el manto terrestre, mediante un núcleo o testigo de perforación de 1268 metros.

Durante el año 2023 el equipo científico embarcado en este viaje a una región hidrotermalmente activa llamada Macizo de la Atlantis, en la dorsal mesoatlántica del Atlántico Norte, donde recogió muestras de récord que dan una visión mineralógica profunda y detallada del manto oceánico. Los resultados se publican en la revista Science.

La perforación de peridotitas del manto -rocas ígneas plutónicas que se forman por el enfriamiento del magma-, ha sido históricamente muy difícil: se ha intentado en repetidas ocasiones, pero el agujero más profundo hasta la fecha (perforado a principios de la década de 1990) tenía solo 200 m de profundidad y, además, se recuperaron relativamente pocas rocas.

Los investigadores achacan esta complejidad al hecho de que estas peridotitas suelen estar muy fracturadas y contienen muchas vetas blandas que pueden romper la roca durante la perforación y atascar el taladro.

Recogimos cerca del 100 % de las rocas durante cientos de metros, y terminamos con un agujero muy profundo con una alta recuperación

Johan Lissenberg, Universidad de Cardiff

“Durante nuestra expedición nos encontramos con dificultades similares en un agujero piloto denominado U1601A; pero después, cuando perforamos el agujero U1601C, penetramos muy rápidamente y recogimos cerca del 100 % de las rocas durante cientos de metros”, explica a SINC Johan Lissenberg, científico de la Facultad de Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente en la Universidad de Cardiff (Reino Unido) que lidera el trabajo.

La científica Kuan-Yu Lin (Universidad de Delaware, EE UU) estudia las rocas del manto recuperadas a bordo del JOIDES Resolution durante la Expedición 399 del IODP. / Lesley Anderson, Exp. 399, JRSO/IODP

La importancia de explorar el manto terrestre

Comprender el manto de la Tierra es crucial para conocer detalles fundamentales del sistema terrestre como el magmatismo de nuestro planeta, la formación de la corteza y el ciclo de elementos entre el interior del planeta, la hidrosfera, la atmósfera y la biosfera.

La corteza oceánica se forma a partir de magmas ricos en magnesio y pobres en sílice que se originan en el manto terrestre y afloran a la superficie a lo largo de las dorsales oceánicas medias, que forman una red interconectada de montañas de aproximadamente 65.000 km alrededor del globo. Esta corteza se forma continuamente a medida que las placas se separan, por lo que es muy joven, y de edad cero a lo largo del eje de propagación de la dorsal oceánica media.

Sin embargo, la inmensa mayoría de las rocas de los continentes son mucho más antiguas. Algunas se remontan a la era más temprana del planeta (hace más de 4.000 millones de años), y su composición es muy diferente: son mucho más ricas en sílice y más pobres en magnesio.

Las perforaciones de los fondos oceánicos se pueden usar para reconstruir aspectos importantes como la composición del agua marina y la evolución de sus volcanes

Johan Lissenberg

Por esta razón, mientras los continentes nos dicen mucho sobre la evolución de la Tierra a lo largo de su vida, la corteza oceánica nos cuenta cómo evoluciona ahora, incluida la composición del manto que hay bajo ella.

“La perforación de los fondos oceánicos nos permite acceder a este registro y utilizarlo para reconstruir una serie de aspectos importantes, como los controles sobre la composición del agua de mar, los ciclos globales de una serie de elementos y la evolución de los volcanes de los fondos marinos, responsables de la mayor parte del vulcanismo de la Tierra. Además, son la forma de profundizar en el manto”, explica el científico.

Roca del manto recuperada durante la Expedición 399 del IODP vista con un microscopio petrográfico. / Johan Lissenberg

Conocer los orígenes de la vida

El equipo documentó variaciones mineralógicas significativas en todo el núcleo de perforación a varias escalas, incluidos los niveles de serpentinización -proceso que afecta a rocas ultrabásicas y básicas-.

El contenido de piroxeno de la muestra también fue inesperadamente bajo en comparación con otras muestras de peridotita abisal en todo el mundo, lo que podría deberse a altos grados de agotamiento y disolución de piroxeno durante el flujo de fusión. Y, contrariamente a lo que indican los modelos habituales, se encontró que la migración de la fusión era oblicua al afloramiento del manto.

Los autores observaron interacción de fluidos hidrotermales y la roca en todo el núcleo. También se descubrió que las intrusiones de rocas gabroicas, que cristalizan a partir de magma en el subsuelo, desempeñan un papel inesperado en la alteración hidrotermal y en la regulación de la composición de los fluidos de los respiraderos hidrotermales.

Estos últimos se han propuesto como modelos de entornos en los que la química prebiótica puede haber llevado al desarrollo de la vida en la Tierra primitiva y otros cuerpos planetarios.

Cada nueva misión de perforación revela vistas sorprendentes del manto y la formación de la corteza oceánica

Eric Hellebrand, Universidad de Utrecht

“Resulta un tanto enigmático que los fluidos que emergen de los respiraderos hidrotermales en las peridotitas serpentinizadas del manto registren composiciones que requieren una reacción con rocas gabroicas. Nosotros descubrimos que la interacción hidrotermal fluido-roca es particularmente fuerte a lo largo de las vetas gabroicas, que constituyen casi un tercio de las rocas que recuperamos”, afirma Lissenberg.

“Décadas de muestreo del fondo oceánico mediante dragado han pintado un panorama mineralógico aproximado del manto. Sin embargo, cada nueva misión de perforación revela vistas sorprendentes del manto y la formación de la corteza oceánica”, afirma Eric Hellebrand, científico de la Universidad de Utrecht (Países Bajos), en un artículo de perspectiva relacionado. “Los proyectos de perforación más ambiciosos revelarán piezas importantes para comprender los efectos biogeoquímicos del manto oceánico”, señala.

“La clave de este trabajo es que podemos observar la serpentinización a distintas temperaturas, ya que en la parte superior del agujero es la del agua de mar, mientras que en la parte inferior se calienta mucho. Así podemos relacionar esta serpentinización en un rango de temperaturas, con los microbios que se encuentran en las muestras”, indica Lissenberg.

Este estudio aún no ha abordado directamente el origen de la vida, “eso será fruto de investigaciones posteriores”, adelanta el científico, que concluye: “La clave es que hemos recuperado la primera sección larga que nos permitirá abordar este problema en el futuro”.

Referencia:

Johan Lissenberg et al. “A long section of serpentinized depleted mantle peridotite”. Science.