Viaje al centro de la Tierra. Parte 2: El manto

Nuestro descenso no se interrumpía un solo instante. Parecía que las piedras desprendidas de las paredes se hundían produciendo un sonido más apagado, y que llegaban más pronto al fondo del abismo.

Viaje al centro de la Tierra, Julio Verne

En la entrega anterior de este viaje les conté de la corteza de la Tierra que, aunque es la capa más conocida, ocupa menos del 1% del volumen del planeta. En esta segunda parte les hablaré sobre un lugar que nunca nadie ha visto y donde seguramente estarían todos los parajes infernales que la humanidad ha imaginado: el manto.

Perforar la corteza de la Tierra es muy difícil. Hasta ahora, la mayor profundidad alcanzada por un pozo es de 12 kilómetros. En comparación con la corteza terrestre, llegar al manto es prácticamente imposible. Lo que te voy a contar sobre él, se dedujo con experimentos de estabilidad de minerales, razonamientos teóricos de termodinámica y escasos xenolitos —rocas del interior de la Tierra arrastradas por magmas o lavas— del manto superior encontrados en kimberlitas. ¡¿Perdón, en qué?! Las kimberlitas son rocas volcánicas que viajan hasta la superficie desde el manto y pueden arrastrar pedazos de éste.

Dónde iniciar el recorrido

Podrías llegar al manto perforando sobre cualquier punto de la corteza. Sin embargo, entre más gruesa sea, más difícil será llegar al fondo. Por eso, yo te recomiendo dos ambientes tectónicos que podrían facilitar tu llegada: una dorsal meso-oceánica o una zona de subducción.

En las dorsales oceánicas tu llegada al manto sería muy rápida. Ahí la corteza está rota en dos y el manto parcialmente fundido sube a la superficie. Pero, ¿qué es el manto parcialmente fundido? Es un porcentaje del manto que se está convirtiendo en magma, mientras que el resto permanece sólido. Esto sería como tener una hielera en donde una parte es hielo (sólido) y otra parte es el fundido parcial de esa misma sustancia (el agua). El manto de la Tierra es tan inmenso que esta fusión parcial ha generado durante toda la historia de nuestro planeta las rocas de la corteza.

Fig. 1 Sección de una dorsal oceánica por donde asciende el manto a la superficie. Imagen de Nature, 1999.

Por otro lado, las zonas de subducción son lugares de la Tierra donde una placa oceánica se hunde hacia el manto. En estas zonas la historia de tu llegada sería diferente. Una placa oceánica que se hunde hacia al manto es como una piedra en una fogata. ¿Has visto cuánto tarda en encandecer una piedra entre las llamas? Mucho, tarda más que la madera o que un pedazo de tela. Pues algo así pasa cuando sumerges una placa oceánica al manto. Por un rato (unos cuantos millones de años) se mantiene más fría que todo a su alrededor. O sea que cuando todo en el manto esté como a 800 °C, la corteza oceánica seguirá más o menos a 400 °C. En la figura de abajo se muestran las temperaturas de una placa en subducción: 

 

Fig. 2 Isotermas en una zona de subducción. Cada línea negra une puntos con la misma temperatura. Una placa oceánica en subducción modifica las isotermas y baja la temperatura. Imagen modificada de Condie 2016 y Toksöz 1971.

El cambio abrupto en las condiciones de presión y temperatura metamorfiza a la placa oceánica que entra al manto. La corteza oceánica, que originalmente estaba formada por rocas oscuras en forma de almohada, se transforma, primero, en rocas de color verde. Luego, como a los 30 km de profundidad, en rocas de color azul. Y finalmente, a los 60 km, se vuelven a trasformar en rocas con minerales verdes (onfacitas) y rojos (granates) a las que llamamos eclogitas. Estas eclogitas terminan en el manto y seguro te encontrarás algunas en tu camino.

Fig. 3 Eclogita, roca del manto que se forma por la metamorfización de la corteza oceánica en subducción. Imagen tomada de Wikipedia

Un viaje en verde

Las primeras rocas que te encontrarías en el manto se llaman peridotitas. Cuando salgas de la corteza, verás paredes tapizadas con cristales grandes de olivino, un mineral que recibe ese nombre por su color verde olivo. Este mineral, junto con otros que también pueden ser verdes, negros o rojizos (piroxenos, granates, espinelas) se combinan para formar peridotitas. Además, puedes encontrar diamantes o eclogitas.

A simple vista el manto te parecería seco; sin embargo, dentro de la estructura cristalina de los olivinos hay agua en pequeñísimas cantidades. El manto es tan grande, que si el agua contenida en él se liberara, ¡podría llenar 4 veces los océanos del planeta!

Fig. 4 lherzolita del manto (un tipo de peridotita). Imagen de MinDat

Durante los primeros 200 km de recorrido sentirías un pequeño arrastre, como un velero que intenta cruzar un río con una corriente fuerte. Este arrastre se debe a la fuerza ejercida por el movimiento de los continentes que flotan en el manto, la cual es tan grande que puede provocar que los olivinos y piroxenos del manto se alineen para quedar paralelos a esta fuerza. Por debajo de los 200 kilómetros este arrastre es menor y ya no sentirás la influencia de los continentes, pero seguirás encontrando peridotitas y restos de eclogitas en tu camino.

Todo cambia cuando rebasas los 410 kilómetros. Los minerales que encontrabas en el manto superior empiezan a transformarse para adaptarse a las nuevas condiciones de más de 1,000 °C y 300 MPa. Una olla de presión trabaja con 100 KPa de presión y 130 °C. En el manto las condiciones son 10 veces más calientes y 100 veces más compresivas. Si una olla puede transformar unos frijoles en un deleite para nuestras papilas gustativas, imagina lo que el manto le puede hacer a un indefenso olivino. Los olivinos se transforman en un nuevo mineral con la misma composición química pero con sus átomos más compactados. Y así todos los minerales del manto se transforman, a los 660 kilómetros no queda nada de los minerales originales de las peridotitas del manto: todo se transforma en perovskita.

Además de despedirte de los olivinos, podrías ver otras cosas interesantes cuando atravieses los 660 kilómetros. El contraste de densidad que se produce entre las peridotitas del manto superior y las perovskitas del inferior genera una barrera para cualquier objeto que quiera penetrar a mayores profundidades. Por ejemplo, cuando mezclas agua y aceite algunos objetos pueden detenerse justo en el límite entre los dos fluidos. ¿Y esto que tiene que ver con nuestro viaje? Se cree que las placas oceánicas permanecen estacionadas a los 660 km hasta que se acumulan en grandes cantidades y se precipitan en un alud hacia las profundidades. Además de ser el estacionamiento temporal de placas oceánicas, se sabe que en esta capa también hay magma y, debido a esto, puede fluir lateralmente el material. Es decir, que otra vez tendrás que acelerar para cruzar perpendicularmente o la corriente podría arrastrarte.

Fig. 5 Tomografías sísmicas (análogas a los ultrasonidos) que muestran corteza oceánica subducida (color azul) estancada entre los 410 y los 660 kilómetros en Izu Bonin y en Tonga. Imagen de Bass y Parise, 2008.

Por debajo de los 660 kilómetros, te encontrarás con el manto inferior. Esta capa se distingue porque la densidad de los minerales aumenta lo suficiente como para que las ondas sísmicas viajen más rápido que en el manto superior. La diversidad mineralógica del manto disminuye y casi todos los minerales se convierten en perovskita, un mineral que resiste muy altas presiones y que este compuesto por magnesio, hierro, silicio y oxígeno.  La verdad es que nunca hemos visto una perovskita del manto, no hay testigos de las rocas que se encuentran a más de 400 km. No obstante, existen algunos reportes de pequeñas perovskitas (de menos de 1 mm) dentro de diamantes, a su vez, dentro de kimberlitas (si lo olvidaste, regresen al párrafo 2). La única perovskita observada hasta ahora se encontró en un meteorito.

Igual y tu viaje por el manto inferior se vuelve fastidioso, pues estaría lleno de perovskita y uno que otro cacho de eclogita. Aproximadamente a los 2,600 km de profundidad, ocurrirían algunos cambios en las rocas debido a la cercanía con el núcleo. El núcleo está hecho de metales líquidos que pueden subir por capilaridad hacia las rocas más profundas del manto inferior, generando una mezcla entre perovskita, óxidos y silicatos de hierro. Además, el calor de núcleo podría derretir parcialmente las rocas del manto, por lo que podrías volver a encontrar un poco de magma (hasta el 15% en volumen) en la transición entre el manto y el núcleo. La diferencia de densidad y composición entre estos provoca que el límite entre el núcleo y el manto sea difícil de atravesar, a menos que tengas un propulsor. Por lo tanto, todas las placas oceánicas que se caen desde el límite manto superior-inferior terminan aquí: en el cementerio de placas oceánicas.

El viaje por el manto terminaría en el cementerio de placas oceánicas. Sin embargo, también posee otras cualidades que podrían ser importantes durante tu viaje. ¡Vamos a descubrirlas!

El manto se mueve

Existen distintas hipótesis sobre la convección del manto. La más reciente dice que el manto puede dividirse en dos zonas con dinámicas distintas: una zona en el manto inferior por debajo de los 1,700 km donde el manto está quieto y otra zona por encima de los 1700 km donde manto se mueve en corrientes ascendentes y descendientes de acuerdo a la zona tectónica. En las dorsales el manto asciende, mientras que en las zonas de subducción el manto está hundiéndose.

Fig. 6 Sección del manto. Imagen de Condie 2016.

Plumas del manto

Si ya se te acabó el oxígeno, ya tienes mucho calor o no puedes más con la soledad, te recomiendo regresar a la superficie a través de una pluma del manto. Las plumas son material caliente que asciende muy lentamente por flotabilidad a través del manto hacia la superficie. Este material es sólido, pero se funde en el manto superior generando grandes cantidades de magma que, al salir a la superficie, puede producir grandes provincias de lava en unos cuantos millones de años. Algunos científicos creen que las plumas del manto se forman en el cementerio de placas oceánicas; y serían algo así como las almas de las placas que subdujeron hace millones (¿o miles de millones?) de años.

Fig. 7 Modelo del ascenso de una pluma del manto (o del alma de una placa oceánica). Imagen de Condie 2016.

El núcleo de la Tierra es un mar de metal en el que tendrías que resolver algunos problemas con la fuerza de gravedad si no quieres naufragar. En la última entrega de este viaje te contaré sobre el centro del planeta.

 

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