La Tierra conserva en su interior una memoria geológica mucho más antigua de lo que se pensaba. Un estudio internacional publicado en Earth and Planetary Science Letters ha desarrollado una nueva metodología para reconstruir la estructura profunda de antiguas cordilleras formadas por la colisión de placas tectónicas, los llamados orógenos.
La investigación, en la que participa el Museo Nacional de Ciencias Naturales (MNCN-CSIC), demuestra que determinadas rocas magmáticas formadas entre el Carbonífero tardío y el Pérmico medio, hace entre 305 y 250 millones de años, conservan información sobre procesos que tuvieron lugar a decenas de kilómetros bajo la superficie terrestre.
Los resultados permiten conocer mejor cómo se formaron los continentes y cómo evolucionó la litosfera terrestre, pero también pueden tener implicaciones para comprender la distribución de determinados recursos minerales.
Las rocas antiguas conservan información sobre el interior de la Tierra
Las rocas estudiadas se formaron hace cientos de millones de años en procesos relacionados con la actividad magmática de la cordillera de Tianshan, una gran cadena montañosa que se extiende durante más de 2.000 kilómetros por Asia Central, en la zona fronteriza entre China y Kirguistán.
La investigación ha combinado miles de mediciones de anomalías geoquímicas registradas durante décadas en la región con datos geofísicos y modelos termodinámicos. El objetivo era reconstruir qué ocurrió en las zonas profundas de la corteza y cómo aquellos procesos siguen condicionando la estructura de la litosfera actual.
“Es la primera vez que se realizan estudios que integran la cartografía isotópica, las observaciones geofísicas y modelizaciones termodinámicas a gran escala, porque estamos hablando de una cordillera que se extiende más de 2000 km”, explica el investigador del MNCN, Antonio Castro.
“Los datos que hemos obtenidos corroboran que los magmas que forman la cordillera son fundamentalmente granitos y confirman que los procesos magmáticos ocurridos hace más de 250 millones de años siguen controlando la estructura profunda de la litosfera actual”, continúa Castro.
Tianshan permite reconstruir una parte de la historia profunda del planeta
La cordillera de Tianshan constituye un laboratorio natural para estudiar cómo evolucionaron las regiones continentales. Las rocas magmáticas que afloran actualmente en superficie contienen información sobre procesos que tuvieron lugar cuando esos materiales se encontraban a gran profundidad.
Para interpretar esa información, el equipo ha integrado diferentes tipos de evidencias: isótopos de elementos químicos, datos sísmicos, anomalías gravitatorias y modelos termodinámicos.
La combinación de estas técnicas permite relacionar lo que se observa actualmente en superficie con estructuras situadas entre 35 y 45 kilómetros de profundidad, en la corteza inferior.
Según el investigador de la Academia de Ciencias Geológicas de Beijing, He Huang, “la litosfera actual no es una fotografía instantánea, sino el resultado acumulado de procesos geológicos que se desarrollaron durante cientos de millones de años”.
“Nuestros resultados demuestran que el magmatismo del Paleozoico tardío dejó una huella clara y cuantificable en la estructura profunda de la litosfera que todavía podemos detectar hoy”, añade.
Dos dominios litosféricos con historias diferentes
Uno de los principales resultados del estudio es la identificación de dos dominios litosféricos claramente diferenciados bajo el Tianshan Occidental.
El equipo ha llegado a esta conclusión mediante el análisis espacial de isótopos de elementos como el hafnio y el neodimio. Estos datos revelan diferencias en la composición de la litosfera y permiten reconstruir dos historias geológicas distintas.
El dominio situado al norte está relacionado con magmas derivados de un manto que fue modificado por la subducción de una placa oceánica bajo una continental. El dominio meridional, en cambio, presenta un enriquecimiento asociado a un manto modificado por sedimentos reciclados procedentes de una antigua corteza continental.
Las diferencias no solo aparecen en la composición química. También quedan reflejadas en las propiedades físicas de la corteza profunda. “Detectamos estas diferencias geoquímicas a través de las anomalías de gravedad y de la velocidad de las ondas sísmicas en la corteza inferior, a profundidades de entre 35 y 45 km”, señala Daniel Gómez Frutos, investigador de la Universidad de Portsmouth y coautor del estudio.
El magmatismo dejó residuos que todavía condicionan la litosfera
Para comprender cómo se generaron esas diferencias, los investigadores recurrieron a modelos termodinámicos de equilibrio de fases. Estas simulaciones permiten estudiar cómo evolucionaron los magmas cuando se diferenciaron en la base de la corteza.
Los modelos muestran que los dos dominios litosféricos produjeron residuos minerales diferentes, tanto por su composición como por su densidad y su contenido en sílice.
En el dominio situado al sur, la incorporación de materiales supracorticales reciclados dio lugar a una corteza inferior menos densa, con minerales más ligeros como la plagioclasa.
En el dominio norte, por el contrario, la corteza inferior conserva una mayor densidad y presenta minerales como el clinopiroxeno y el granate. Estas diferencias permiten explicar las variaciones que actualmente se observan mediante las técnicas geofísicas.
“Estas diferencias explican de forma natural los contrastes observados en los datos sísmicos y gravimétricos actuales”, apunta Castro. “La clave está en los residuos que deja el magmatismo profundo: no vemos directamente esas rocas, pero su composición controla la densidad de la litosfera con la que convivimos hoy y por ende la velocidad de las ondas sísmicas”, añade el investigador.
Una ventana al interior de las antiguas cordilleras
Uno de los aspectos más relevantes del trabajo es que demuestra que no es necesario disponer de muestras directas de la corteza profunda para reconstruir su arquitectura.
Las rocas magmáticas que han quedado expuestas en superficie pueden funcionar como testigos de procesos que ocurrieron a decenas de kilómetros de profundidad. Su composición química permite relacionarlas con los materiales que quedaron en la base de la corteza, mientras que las técnicas geofísicas permiten detectar las consecuencias que aquellos procesos dejaron en la estructura actual.
Esta combinación abre una vía para estudiar orógenos muy antiguos incluso cuando los fragmentos de su corteza profunda ya no están disponibles.
La historia geológica también ayuda a localizar recursos minerales
El estudio tiene además implicaciones para comprender la distribución de los recursos minerales. Las características de la litosfera están relacionadas con los procesos que concentraron determinados elementos durante la formación y evolución de los continentes.
La información geoquímica obtenida en Tianshan puede contribuir, por tanto, a interpretar la evolución de estas regiones y a mejorar el conocimiento sobre la distribución de materias primas, incluidos determinados metales raros.
El trabajo, fruto de la colaboración entre equipos de investigación españoles y chinos, muestra así cómo la combinación de geología, geoquímica, geofísica y modelización puede utilizarse para reconstruir una parte de la historia profunda del planeta.
Más de 250 millones de años después de la formación de aquellas rocas, sus señales siguen siendo detectables en la estructura de la litosfera. La memoria geológica de la Tierra queda así registrada en materiales que hoy afloran en la superficie y que permiten asomarse, indirectamente, a procesos que tuvieron lugar en las profundidades del planeta.
