Hace aproximadamente 4.600 millones de años, la Tierra era muy diferente al planeta azul y apacible que conocemos hoy. Impactos celestes frecuentes y violentos agitaban su superficie e interior, creando un océano de magma hirviente, un ambiente tan extremo que el agua líquida era imposible de existir, dejando al planeta entero semejante a un infierno.
Dado que actualmente el 70% de la superficie terrestre está cubierta por océanos, el misterio de cómo el agua sobrevivió y se conservó en nuestro planeta, desde un estado inicial fundido a uno mayoritariamente sólido, ha sido durante mucho tiempo objeto de estudio científico.
Cómo el agua pudo sobrevivir en la Tierra primitiva
Recientemente, un equipo de investigadores liderado por el profesor Du Zhixue del Instituto de Geoquímica de Guangzhou de la Academia China de las Ciencias (GIGCAS) descubrió que cantidades sustanciales de agua podrían haberse «bloqueado» eficientemente en las profundidades del manto a medida que este se cristalizaba a partir de un estado fundido.
Los hallazgos de los investigadores, publicados en Science, están redefiniendo nuestra comprensión del almacenamiento y la distribución del agua en las profundidades de la Tierra. Específicamente, su investigación reveló que la bridgmanita, que es el mineral más abundante en el manto terrestre, actúa como un «contenedor de agua» microscópico, lo que hizo posible que la Tierra primitiva retuviera una cantidad sustancial de agua en el manto a medida que el planeta se solidificaba.
Este agua retenida en las primeras etapas, argumenta el equipo, podría haber sido crucial para transformar la Tierra de un infierno ardiente en un mundo habitable.
Avances experimentales y nuevas técnicas
Estudios previos, que se basaban en condiciones experimentales de baja temperatura, sugerían que la bridgmanita tenía una capacidad limitada de almacenamiento de agua. Los investigadores querían poner a prueba esta hipótesis, pero se enfrentaron a dos desafíos importantes. Primero, necesitaban simular las condiciones extremas que se encuentran a profundidades superiores a 660 kilómetros en un laboratorio. Segundo, tenían que detectar con precisión las señales de agua en muestras de bridgmanita, algunas más pequeñas que un décimo del ancho de un cabello humano, a concentraciones tan bajas como unos pocos cientos de partes por millón.
Superaron estos obstáculos construyendo un dispositivo experimental de celda de yunque de diamante equipado con calentamiento por láser y obtención de imágenes a alta temperatura. Este sistema de simulación de ultraalta presión, desarrollado por los propios investigadores, elevó drásticamente las temperaturas experimentales, hasta un extremo de ~4.100°C. Este sistema recreó con éxito las condiciones del manto profundo y permitió una medición precisa de las temperaturas de equilibrio, sentando las bases para comprender el papel de la temperatura en la forma en que los minerales absorben el agua.
Además, utilizando las avanzadas plataformas analíticas de GIGCAS, los investigadores aplicaron técnicas como la difracción de electrones tridimensional criogénica y NanoSIMS. En colaboración con el profesor Long Tao del Instituto de Geología de la Academia China de Ciencias Geológicas, también integraron la tomografía de sonda atómica (APT).
En conjunto, estas herramientas permitieron el desarrollo de métodos innovadores para analizar el agua a escala micro- y nanométrica, equipando efectivamente al mundo microscópico con escáneres de tomografía computarizada química de ultraalta resolución y espectrómetros de masas. Esta tecnología permitió al equipo visualizar claramente la distribución del agua en muestras diminutas y confirmar que el agua está disuelta estructuralmente en la bridgmanita.
Implicaciones para los reservorios de agua de la Tierra
Los datos del equipo revelaron que la capacidad de «bloqueo de agua» de la bridgmanita (medida por su coeficiente de partición del agua) aumenta significativamente con el aumento de la temperatura. Esto significa que durante la fase más caliente de la Tierra, el «océano de magma», la bridgmanita cristalizada podría haber retenido mucha más agua de lo que se pensaba anteriormente, lo que refuta directamente la idea largamente sostenida de que el manto inferior profundo está casi seco.
Basándose en este descubrimiento, el equipo modeló la cristalización del océano de magma. Las simulaciones muestran que, gracias a la fuerte capacidad de bloqueo de agua de la bridgmanita bajo las altas temperaturas iniciales, el manto inferior se convirtió en el mayor reservorio de agua en el manto sólido después de que el océano de magma se solidificó. Su capacidad de almacenamiento, indica el modelo, podría ser de cinco a 100 veces mayor que las estimaciones anteriores. La cantidad total de agua retenida en el manto sólido temprano podría haber estado entre 0,08 y una vez el volumen de todos los océanos modernos.
El papel del agua profunda en la evolución de la Tierra
Este agua profundamente enterrada no fue una reserva estática. En cambio, actuó como un «lubricante» para la masiva maquinaria geológica de la Tierra: redujo el punto de fusión y la viscosidad de las rocas del manto, promoviendo la circulación interna y el movimiento de las placas, y proporcionando al planeta una vitalidad evolutiva sostenida. Con el tiempo, este agua aislada se «bombeó» gradualmente de regreso a la superficie a través de la actividad magmática, contribuyendo a la formación de la atmósfera primordial y los océanos de la Tierra.
La «chispa de agua» sellada dentro de la estructura temprana de la Tierra, señalaron los investigadores, probablemente sirvió como la fuerza crucial que transformó nuestro planeta de un infierno magmático en el mundo azul y habitable que conocemos hoy.
Más información:
Wenhua Lu et al, Substantial water retained early in Earth’s deep mantle, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adx5883. www.science.org/doi/10.1126/science.adx5883
Proporcionado por
Chinese Academy of Sciences