Relación de diamantes a gran profundidad en la Tierra y los componentes básicos de la vida

Una nueva investigación de la Universidad de Alberta demuestra que, en condiciones normales, las placas oceánicas descendentes que impulsan la tectónica de placas son demasiado calientes para que las profundidades de la Tierra absorban el fósforo, manteniéndolo cerca de la superficie y permitiendo que la vida prospere.

La importancia del fósforo superficial para la vida

Durante décadas, los científicos han estudiado cómo el fósforo circula por las capas más superficiales del planeta —hasta unos 100 kilómetros de profundidad— antes de regresar a la superficie a través de los volcanes. Sin embargo, siempre ha persistido un misterio: ¿por qué miles de millones de años de tectónica de placas no han confinado permanentemente el fósforo en las profundidades del manto terrestre?

Una nueva investigación demuestra que, en condiciones normales, las placas oceánicas descendentes que impulsan la tectónica de placas son demasiado calientes para que las profundidades de la Tierra absorban el fósforo, manteniéndolo cerca de la superficie y permitiendo que la vida prospere.

El estudio fue dirigido por Qiwei Zhang, exalumno de doctorado de la Universidad de Alberta y actualmente investigador postdoctoral en la Institución Carnegie para la Ciencia, junto con los investigadores Dr. Graham Pearson y Dr. Thomas Stachel de la Facultad de Ciencias.

“Si el 90 por ciento del fósforo volviera a ser arrastrado hacia el manto inferior, tendríamos una verdadera crisis de fósforo”, explica Pearson.

"En cambio, todo ese fósforo se quema y se desprende de las placas oceánicas que se hunden, y permanece en las capas superficiales de la Tierra."

Dado que el pozo perforado por el hombre más profundo solo alcanza los 13 kilómetros, los científicos recurren a diamantes "súper profundos" —que se forman a profundidades asombrosas de entre 410 y 700 kilómetros— para que actúen como sondas del manto profundo y cápsulas del tiempo. En colaboración con la compañía minera De Beers, Zhang analizó dos de estos diamantes: uno de 450 millones de años recuperado de Brasil y otro de los Territorios del Noroeste de Canadá, que se cree que tiene 1700 millones de años.

Inicialmente, Zhang confundió las inclusiones dentro de las gemas con minerales más comunes conocidos como olivino o enstatita, pero utilizó la espectroscopia Raman para identificar sus verdaderas estructuras cristalinas.

“Lo que encontré fue un espectro que el software no podía relacionar con nada en su base de datos”, afirma.

Intentamos comprender mejor las profundidades de la Tierra para entender mejor lo que ocurre en la superficie. Gracias a que ahora sabemos por qué es difícil que el fósforo se filtre al manto profundo, comprendemos por qué este proceso es importante para el origen de la vida.

Tras revisar la bibliografía existente y diseñar un programa de identificación personalizado, Zhang descubrió que las muestras contenían tuita, lo que posiblemente constituye el primer ejemplo terrestre de este mineral ultrarraro. Anteriormente solo hallada en meteoritos altamente impactados, la tuita es una transformación a alta presión de la apatita, el mineral fosfático más común en la corteza terrestre.

El hallazgo de tuita dentro de estos diamantes demuestra que el fósforo puede viajar ocasionalmente al manto inferior, pero el modelo de Zhang muestra que este ciclo profundo es increíblemente ineficiente.

El transporte de fósforo a 700 kilómetros de profundidad requiere una anomalía ambiental extraordinariamente rara, conocida como zona de subducción "fría". En términos geológicos, esto significa temperaturas de aproximadamente 1100 °C, en comparación con los 1700 °C típicos de esas profundidades.

La presencia de una segunda inclusión, la estishovita, una versión muy densa del cuarzo que se forma únicamente bajo alta presión, normalmente reservada para las partes más profundas del manto terrestre, confirma que tanto esta como la tuíta quedaron atrapadas dentro del diamante a temperaturas al menos 500 °C más frías que el manto circundante.

“Sabemos que cuando las cosas se calientan, tienden a ascender, y cuando se enfrían, su densidad aumenta, arrastrando la placa tectónica hacia abajo”, dice Zhang.

“Gracias a las pruebas que encontramos, que demuestran que esta losa era extremadamente fría, hemos descubierto un nuevo mecanismo para el ciclo del fósforo.”

Las implicaciones van mucho más allá del fósforo

Los investigadores descubrieron que cuando una placa tectónica está lo suficientemente fría como para conservar el fósforo, el entorno extremo obliga a la placa descendente a transformarse en un tipo de roca del manto completamente nuevo y de alta densidad. Esta densidad y estructura únicas probablemente determinan hasta qué profundidad pueden penetrar las placas frías en el manto inferior.

Más allá de las perspectivas que ofrece sobre la evolución planetaria, la investigación tiene gran relevancia para la industria del diamante.

Pearson señala que los diamantes de gran profundidad representan el 90 por ciento de las gemas más grandes y valiosas del mundo, incluidos los legendarios diamantes Cullinan incrustados en las Joyas de la Corona Británica. Debido a la extrema dificultad para encontrar estas piedras de gran profundidad, parte de la premiada tesis doctoral de Zhang se centró en la creación de nuevos métodos de "minerales indicadores" para ayudar a los geólogos a localizar estos lucrativos yacimientos.

“Intentamos comprender mejor las profundidades de la Tierra para entender mejor lo que ocurre en la superficie”, afirma Zhang. “Como ahora sabemos por qué es difícil que el fósforo se filtre al manto profundo, entendemos por qué este proceso es importante para el origen de la vida”.

Fuente: Universidad de Alberta