Transition between the Pacific and African mantle domains beneath southwest Pacific marginal basins

Bajo la superficie de la Tierra, el interior del planeta no es una sopa uniforme y agitada. En cambio, está dividido en vastas y distintas provincias que han permanecido separadas durante cientos de millones de años. Imagine el manto como un océano gigante y de movimiento lento de roca. Durante mucho tiempo, los científicos han sabido que la roca debajo del Océano Pacífico es químicamente diferente de la roca debajo de los Océanos Atlántico e Índico. Esta diferencia es un legado de cómo las placas tectónicas de la Tierra se han movido y colisionado a lo largo de los eones. A medida que las placas se sumergen profundamente en el manto, transportan trozos de la corteza terrestre con ellas, alterando la composición química de la roca de abajo. Con el tiempo, este proceso creó una división nítida: un lado del planeta posee un manto de estilo "Pacífico", mientras que el otro posee un estilo "Africano". La gran pregunta para los geólogos ha sido exactamente por dónde pasa esta línea invisible y cómo se ha desplazado a medida que los continentes derivaban y los océanos se abrían y cerraban.

Un equipo de investigadores ha rastreado ahora este límite a través de las rocas del suroeste del Pacífico, una región donde la corteza terrestre se ha estirado y fracturado durante millones de años. Al analizar las huellas químicas de muestras de lava antiguas del fondo oceánico, descubrieron que la línea divisoria entre estos dos mundos del manto no es fija en su lugar. En cambio, se ha movido y evolucionado, moldeada por la compleja historia de las zonas de subducción, donde una placa se desliza debajo de otra. Su trabajo revela que el límite no es solo una simple línea en un mapa, sino una zona dinámica que ha cambiado su posición y profundidad a lo largo del tiempo, dejando un registro claro en las rocas que se formaron allí.

Los científicos se centraron su estudio en una serie de cuencas en el suroeste del Pacífico, incluyendo el Mar de Tasmania, el Mar de Coral y la cuenca de Santa Cruz. Estas áreas son especiales porque se formaron cuando el antiguo continente de Zealandia y el continente australiano comenzaron a separarse. A medida que la tierra se estiraba y el fondo oceánico se expandía, el magma ascendía desde lo profundo de la Tierra para llenar los huecos, creando nueva roca. Los investigadores recolectaron muestras de esta roca, específicamente buscando basaltos de dorsal oceánica, que son el tipo más común de lava que se encuentra en el fondo del océano, y basaltos de isla oceánica, que son similares a las lavas encontradas en islas volcánicas como Hawái. Dataron estas rocas para determinar cuándo se formaron, con algunas muestras siendo tan antiguas como 84 millones de años y otras tan jóvenes como 22 millones de años.

Para comprender el origen de estas rocas, el equipo midió las proporciones de elementos específicos dentro de ellas, tales como estroncio, neodimio, plomo y hafnio. Estos elementos actúan como una tarjeta de identificación química para la fuente del manto. Los investigadores encontraron un patrón claro: las rocas de las cuencas marginales continentales más antiguas, que se formaron entre hace 84 y 50 millones de años, portaban la firma química del dominio del manto "Africano". Esto fue cierto incluso aunque estas cuencas se encuentran localizadas en la región del Pacífico. En contraste, las rocas más jóvenes, formadas después de hace 50 millones de años en las cuencas oceánicas más hacia el este, mostraron la firma distintiva del manto "Pacífico". Este cambio sugiere que el límite entre los dos dominios del manto se encontraba una vez más hacia el este, justo a lo largo del borde del continente de Zealandia, antes de moverse a su posición actual.

El estudio también examinó las partes más profundas del manto mediante el examen de rocas que se formaron a partir de puntos calientes (hotspots), que son plumas de material caliente que ascienden desde el fondo mismo del manto. Los investigadores encontraron que los puntos calientes en el norte, como las cadenas de Tasmantid y Lord Howe, produjeron roquetas con una firma química conocida como EM-1, la cual está asociada con el enriquecido dominio del manto Africano. Sin embargo, los puntos calientes en el sur, cerca de los márgenes de Zealandia y la Antártida, produjeron rocas con una firma diferente llamada HIMU, la cual está vinculada al profundo manto del Pacífico. Esto indica que, mientras la capa superior del manto en esta región estaba dominada por el estilo Africano, el manto profundo debajo de ella seguía siendo de naturaleza Pacífica. Los dos dominios estaban apilados uno sobre otro, creando un efecto de capas complejo.

Uno de los hallazgos clave del artículo es que el límite entre estos dos mundos del manto no está definido por las zonas de subducción modernas que vemos hoy. Durante mucho tiempo, los científicos pensaron que la actual zona de subducción, donde la placa del Pacífico se sumerge bajo la placa Australiana, marcaba la línea divisoria. Sin embargo, la evidencia química de las rocas más antiguas muestra que esta línea se encontraba una vez mucho más hacia el este, a lo largo del margen continental de Zealandia. Los investigadores argumentan que el movimiento de la zona de subducción a lo largo del tiempo, específicamente una reversión en la dirección de la subducción alrededor de hace 50 millones de años, empujó el límite hacia el oeste. Este movimiento permitió que el manto del Pacífico fluyera hacia el área que anteriormente estaba dominada por el manto Africano.

El estudio también descarta otras explicaciones para las diferencias químicas observadas en las rocas. Los investigadores consideraron si la mezcla de materiales provenientes de sedimentos subducidos o la fragmentación de la antigua corteza continental podrían explicar los patrones, pero los datos no respaldaron estas ideas. En su lugar, la evidencia apunta fuertemente a que el movimiento de los propios dominios del manto es el principal motor. Las firmas químicas son demasiado distintas y extensas como para ser el resultado de contaminación local o mezcla a pequeña escala. Los patrones sugieren un proceso global a gran escala donde el manto profundo ha permanecido separado en dos provincias distintas durante cientos de millones de años.

Al combinar los datos químicos con modelos de cómo se han movido las placas de la Tierra a lo largo del tiempo, los investigadores pudieron reconstruir la historia de este límite. Proponen que durante la época en que el supercontinente Pangea se estaba ensamblando, la subducción a largo plazo de la placa del Pacífico creó un anillo de manto enriquecido alrededor del Océano Pacífico. Este anillo actuó como una barrera, manteniendo separados los dominios del manto del Pacífico y el Africano. A medida que los continentes se fragmentaban y las zonas de subducción cambiaban, el límite entre estos dominios se movía, pero la diferencia química fundamental permanecía. El estudio proporciona un mapa detallado de cómo ha evolucionado este límite, mostrando que es una característica de primer orden del manto terrestre que ha persistido a través de múltiples ciclos de formación y ruptura de supercontinentes.

Las implicaciones de este trabajo se extienden más allá de la comprensión de la historia del suroeste del Pacífico. Ofrece una nueva forma de entender cómo funciona el interior de la Tierra a escala global. El hecho de que estos dominios del manto hayan permanecido distintos durante tanto tiempo sugiere que el interior de la Tierra es más estable y organizado de lo que se pensaba anteriormente. El movimiento del límite no es aleatorio, sino que es impulsado por las fuerzas a gran escala de la tectónica de placas. Esto ayuda a los científicos a comprender mejor la evolución a largo plazo del planeta y cómo el interior profundo influye en la superficie. El estudio también destaca la importancia de observar tanto las partes superficiales como las profundas del manto para obtener una imagen completa, ya que las dos capas pueden comportarse de manera diferente y contar partes distintas de la historia.

Al final, la investigación pinta un cuadro de una Tierra dinámica donde los límites entre sus provincias internas no son fijos, sino que están siendo constantemente remodelados por el movimiento de las placas que las cubren. Las huellas químicas en las rocas del suroeste del Pacífico sirven como una cápsula del tiempo, preservando la historia de estos movimientos y el desplazamiento de los dominios del manto. Los hallazgos confirman que la división entre el manto del Pacífico y el Africano es un límite real y físico que se ha movido con el tiempo, dejando un registro claro en las rocas que se formaron allí. Este trabajo ayuda a llenar los vacíos en nuestra comprensión del interior profundo de la Tierra y proporciona una visión más clara de cómo el planeta ha cambiado durante los últimos cientos de millones de años.