¿Qué inició la tectónica de placas de la Tierra? Nuevas pistas apuntan a antiguos glaciares

La fracturada capa exterior de la Tierra se encuentra en perpetuo movimiento. Aunque apenas es perceptible para los moradores de la superficie, estas piezas de un puzle rocoso chocan constantemente, se sumergen las unas bajo las otras y se separan para crear montañas, volcanes y dorsales oceánicas que sustentan un abanico diverso de seres vivos. Pero la Tierra no siempre ha albergado esta danza geológica, conocida como tectónica de placas, y las incógnitas sobre cuándo comenzó y cómo cambió con el paso del tiempo siguen siendo temas de debates acalorados.

Un provocador estudio publicado este semana en Nature intenta descifrar ese misterio y sugiere que nuestra era moderna de tectónica de placas arrancó en la denominada Tierra «bola de nieve», cuando nuestro planeta estaba recubierto de hielo hace unos 700 millones de años. La agitada actividad glacial de esta época retiró más de 1.600 kilómetros de la superficie del planeta, la causa probable de un vacío global en el registro de rocas denominado la Gran Discordancia. El nuevo estudio sostiene que este flujo de material fue precisamente el lubricante necesario para poner en marcha la tectónica de placas.

Es más, los investigadores creen que no ocurrió una sola vez. Basándose en datos geológicos y geoquímicos publicados anteriormente, los autores del estudio Michael Brown, de la Universidad de Maryland, y Stephan Sobolev, del Centro Alemán de Investigación en Geociencias GFZ en Potsdam, sugieren que los sedimentos lubricaron igualmente etapas anteriores de la actividad tectónica tras otro periodo de glaciación global entre hace 2.450 y 2.200 millones de años.

Comprender cómo y por qué comenzaron estos procesos podría ayudarnos a entender mejor nuestro planeta actual y quizá lo que podría ocurrir en este motor geológico en el futuro. Sin embargo, dicho análisis no es tarea fácil, gracias al eficaz reciclaje de la superficie del planeta por parte de la tectónica de placas, que destruye los rastros de pruebas sobre qué ocurrió en la corteza hace millones o miles de millones de años.

«No hay duda de que hay un problema [con la preservación]», afirma Brown. «Pero es lo que hay, ¿no?». Algunos científicos alaban el intento del equipo de sacar el máximo partido posible a un registro geológico tan irregular y captar procesos antiguos con objetivos de gran angular.

«Probablemente por primera vez, [este estudio] presenta dicho enfoque integrado», afirma Taras Gerya, del ETH Zürich. «Esta es uno de los mayores puntos fuertes del estudio».

Pero otros científicos son menos optimistas sobre su trabajo, entre ellos Vicki Hansenof, de la Universidad de Minesota Duluth, que discrepa del concluyente texto del estudio sobre un tema que dista de estar zanjado.

«Creo que son muchos humos y espejos», afirma. «No me digas que esta es una época en la que tenemos una subducción importante cuando ni siquiera sabemos cuándo comenzó la tectónica de placas; es algo muy, muy debatido».

Las semillas de una idea

En 2016, Sobolev coincidió con Brown en un taller sobre el origen y la evolución de la tectónica de placas.

«Nos dimos cuenta de que, si trabajábamos juntos, sacaríamos algo», afirma Brown. «Él es geofísico, yo soy geólogo, así que ambos tenemos competencias e información diferentes».

Cuando se sentaron a hablar, enseguida vieron un posible hilo conductor de la Tierra pasada y presente: los sedimentos.

En 2003, un estudio de Nature sugería que los sedimentos interfieren en la placa de Nazca conforme se introduce bajo la placa Sudamericana, lo que influyó en el surgimiento de los Andes. Dichos investigadores descubrieron que, en la región central de los Andes, donde las montañas son más altas, había pocos sedimentos en la fosa donde se encuentran las placas. Pero conforme se desplazaban al sur, los sedimentos aumentaban y las montañas disminuían.

Basándose en dicho hallazgo, parece que, sin sedimentos, la mayor fricción hizo que las placas que colisionaron se aplastaran y se convirtieran en montañas enormes. Pero en las zonas meridionales donde abundaban los sedimentos, la menor fricción dio lugar a un terreno menos deforme y montañas más pequeñas. Un estudio posterior dirigido por Sobolev empleó modelos numéricos para confirmar la importancia de la fricción en el crecimiento de los Andes.

Contando con esta idea, el dúo empezó a experimentar con un modelo numérico de la subducción global moderna. Descubrieron que las propiedades de reducción de la fricción de los sedimentos son necesarias para que las placas tectónicas consigan sus velocidades actuales. Con demasiados sedimentos, las placas se mueven muy rápidamente; sin suficientes sedimentos, las placas se desplazan lentamente.

A continuación, empezaron a recopilar datos de estudios publicados. Echando mano de gran parte de su investigación pasada, reunieron una serie de marcadores geológicos de subducción y actividad tectónica, así como una recopilación de marcadores geoquímicos que podrían apuntar a la aparición y la erosión de la corteza continental.

Persiguiendo glaciares

Basándose en su recopilación de datos, los investigadores están seguros de que dos periodos de glaciación —uno entre hace 2.450 y 2.200 millones de años y otro entre hace 750 y 630 millones de años durante la Tierra «bola de nieve»— precedieron a épocas con los rasgos geológicos distintivos de la actividad tectónica potenciada en apariencia por una gran cantidad de sedimentos continentales. Estos periodos enmarcan una época entre hace 1.800 y 800 millones de años, cuando tanto la evolución de la vida como la actividad tectónica parecieron quedarse estancadas.

Entonces ¿podemos afirmar que la Tierra «bola de nieve» provocó el surgimiento de la tectónica de placas moderna?

«Es como lo del huevo y la gallina», afirma Robert Stern, de la Universidad de Texas en Dallas, que no formó parte del equipo del estudio. Stern, en colaboración con Nathan R. Miller de la Universidad de Texas en Austin, había defendido lo contrario a las conclusiones del presente estudio. Quizá el surgimiento de la tectónica de placas habría sido el causante de la Tierra «bola de nieve». Explica que, conforme la tectónica empezaba a entrar en acción, los volcanes burbujearon en la superficie y podrían haber bombeado dióxido de azufre a la estratosfera, que enfrió el planeta y sumió a la Tierra en una superglaciación. Aunque le intrigan las conclusiones del nuevo estudio, no está del todo convencido.

Y después está la cuestión de los sedimentos como lubricantes. Algunas investigaciones anteriores respaldan que este es un papel probable de los sedimentos en la subducción. Gerya ha llegado a afirmar que la idea «no es sorprendente» y añade que, hasta ahora, no había reflexionado sobre el proceso a escala global.

Pero João Duarte, geólogo marino del Instituto Dom Luiz de la Universidad de Lisboa, indica que los sedimentos no son el único lubricante posible de las placas tectónicas. En un análisis de zonas de subducción de todo el mundo, Duarte y sus colegas descubrieron que una capa de sedimentos más densa no se traducía en una subducción más rápida como la que se esperaría si esta arena fuera el lubricante principal. En lugar de eso, los modelos numéricos y los experimentos de laboratorio sugerían que el lubricante principal es el agua liberada por los sedimentos y los minerales de la placa que se hunde.

«Los sedimentos son muy ligeros y una gran cantidad resistiría la subducción», explica Duarte por email.

Con todo, Duarte cree que este tipo de investigación es importante porque obliga a los científicos a reflexionar sobre los problemas desde un ángulo distinto, y añade que la Tierra era bastante diferente en el pasado. Brown señala que el debate en torno a las conclusiones del estudio forma parte del proceso científico.

«Para los datos en particular que decidimos utilizar, la hipótesis no fracasó», afirma Brown. «Ahora tenemos que ver si aparece alguien más y demuestra que hay algún inconveniente».

Una fecha evasiva

Aún queda un punto conflictivo para muchos investigadores: ¿cuándo empezó la tectónica de placas?

«A todos les gusta escoger un número», afirma Brown, que añade que espera que este estudio contribuya a acelerar el cambio en esa línea de pensamiento. Explica que la tectónica de placas, que por definición es un asunto global, no tendría que haber empezado a la vez necesariamente. Es más probable que las zonas de subducción individuales evolucionaran lentamente, lo que en última instancia provocaría el tumulto global.

«No puede ser como un botón de encendido y apagado», afirma Stern. Pero este parece ser el límite de su escaso consenso, ya que Stern es un firme partidario de un comienzo geológicamente reciente de la tectónica de placas, hace unos mil millones de años.

Hansen añade que buscar las etapas primarias de la formación de los continentes no serviría de mucho necesariamente. Su investigación previa en Venus, nuestro gemelo planetario con calor infernal, sugiere que sus estructuras continentales primitivas fueron la consecuencia de grandes impactos de objetos extraterrestres. Según ella, podrían haberse producido procesos similares en la Tierra.

¿Cómo resolveremos este enigma? «Cuando el resto del mundo esté de acuerdo en que tengo razón», bromea Stern.

Con el tiempo, la investigación y los debates constantes —como las conversaciones que planteará este estudio— contribuirán a limitar algunos escenarios posibles. La tectónica de placas en sí misma ni siquiera fue aceptada ampliamente hasta finales de los años 60, más de un siglo después de que el geofísico alemán Alfred Wegener presentase una propuesta detallada sobre la deriva de nuestros continentes.

«Esto es algo que ocurre bajo nuestros pies y tardamos 50 años en reconocerlo», afirma Stern. «¿Cuánto tardaremos en averiguar lo que ya no ocurre?».

Este artículo se publicó originalmente en inglés en nationalgeographic.com.