La tectónica de placas es la responsable de la forma actual de la Tierra. Pero, ¿cuándo empezó? Los investigadores han encontrado ahora indicios de ello utilizando diminutos cristales de circón con una edad de entre 3.300 y 4.150 millones de años. La composición geoquímica de estos cristales sugiere que los más antiguos se formaron antes de que la corteza terrestre comenzara a moverse. Los circones con una edad de hasta 3.800 millones de años, en cambio, parecen haberse formado en zonas donde una placa terrestre se deslizó bajo otra. Así, los cristales proporcionan las primeras pruebas hasta la fecha de los inicios de la tectónica de placas.
Los conocimientos sobre los primeros tiempos de la Tierra son escasos. Casi ningún material ha sobrevivido a los miles de millones de años y podría ser examinado hoy en día. Una de las razones es el llamado "reciclaje" de la corteza terrestre. En este proceso, una placa tectónica se desliza bajo otra. El material de la corteza que es empujado hacia las profundidades se funde en el manto terrestre. A su vez, en las dorsales oceánicas, el material del manto se eleva y forma una nueva corteza terrestre. Pero un mineral extraordinario puede sobrevivir incluso a las condiciones extremas de este proceso de reciclaje: El circón, el mineral más antiguo conocido en la Tierra. Como si fueran cápsulas del tiempo, los cristales permiten sacar conclusiones sobre las condiciones de la Tierra hace unos cuatro mil millones de años.
Buscando pistas en los cristales
Un equipo dirigido por Nadja Drabon, de la Universidad de Harvard en Cambridge, ha estudiado ahora una serie de circones descubiertos en 2018 durante unas excavaciones en el cinturón de piedra verde de Barberton, en Sudáfrica. Los cristales, del tamaño de un grano de arena, se formaron en distintos momentos del periodo comprendido entre 4.150 y 3.300 millones de años, precisamente el momento en el que debió comenzar la tectónica de placas, según hallazgos anteriores. Utilizando una serie cronológica de 33 cristales de circón, los investigadores pudieron reconstruir cómo se desarrolló la corteza terrestre durante esos 800 millones de años.
Se centraron en tres características geoquímicas diferentes de los cristales que encontraron: los isótopos de hafnio, los isótopos de oxígeno y la composición de los oligoelementos. Cada una de estas características les proporcionó una pieza diferente del rompecabezas. Así, los isótopos de hafnio dieron pistas sobre la formación y el desarrollo de la corteza terrestre, los isótopos de oxígeno sobre la existencia de océanos y los oligoelementos sobre la composición de la corteza.
La agitación de hace 3800 millones de años
El resultado: los isótopos de hafnio y los oligoelementos de los zircones más antiguos mostraron que se formaron en una "protocostra" global que fue estable durante millones de años. Por otro lado, los zircones de 3.800 millones de años y más jóvenes parecen haberse formado en rocas sometidas a una presión y una fusión similares a las de las zonas de subducción modernas, las zonas en las que una placa empuja bajo otra. "A los 3.800 millones de años se produce un cambio drástico: la corteza se desestabiliza, se forman nuevas rocas y las firmas geoquímicas se parecen cada vez más a lo que vemos en la tectónica de placas moderna", describe Drabon.
Esto sugiere que la corteza terrestre se dividió en placas hace unos 3.800 millones de años, que posteriormente comenzaron a desplazarse unas contra otras. "En el caso de los isótopos de oxígeno, en cambio, no se observa ningún cambio significativo al principio", informan los investigadores. Solo en los zircones de 3.500 millones de años o menos hay indicios de que se formaron en partes más antiguas de la corteza que habían sido alteradas por el contacto con el agua líquida. Esto podría indicar la existencia de placas terrestres ya más desarrolladas y de actividad volcánica en los arcos insulares y otros límites de placas que bordean el mar.
Cambio global
Los investigadores también compararon sus hallazgos con los datos de circonios antiguos de otras partes del mundo. "Vemos evidencias de un cambio significativo en la Tierra hace entre 3.800 y 3.600 millones de años, y la evolución hacia la tectónica de placas es una posibilidad clara", afirma Drabon. "El registro que tenemos para la Tierra más temprana es muy limitado, pero cuando se ve una transición similar en tantos lugares diferentes, es realmente concebible que podría haber sido un cambio global en los procesos de la corteza. Se produjo algún tipo de reestructuración en la Tierra".