Si los océanos de la Tierra se vaciaran por completo, revelarían una enorme cadena de volcanes submarinos que serpentean alrededor del planeta. Este extenso sistema de dorsales oceánicas es el resultado del volcado de material en el interior de la Tierra, donde las temperaturas de ebullición pueden fundir y arrastrar rocas a través de la corteza, dividiendo el fondo marino y remodelando la superficie del planeta durante cientos de millones de años.

Ahora, geólogos del MIT han analizado miles de muestras de material en erupción a lo largo de las dorsales oceánicas y han rastreado su historia química para estimar la temperatura del interior de la Tierra.

Su análisis muestra que la temperatura de las dorsales oceánicas subyacentes es relativamente constante, en torno a los 1.350 grados Celsius, más o menos lo mismo que la llama azul de una estufa de gas. Sin embargo, hay "puntos calientes" a lo largo de la dorsal que pueden alcanzar los 1.600 grados Celsius, comparables a la lava más caliente.

Los resultados del equipo, que aparecen en la revista Journal of Geophysical Research: Solid Earth, proporcionan un mapa de temperaturas del interior de la Tierra alrededor de las dorsales oceánicas. Con este mapa, los científicos pueden comprender mejor los procesos de fusión que dan lugar a los volcanes submarinos y cómo estos procesos pueden impulsar el ritmo de las placas tectónicas a lo largo del tiempo.

"La convección y la tectónica de placas han sido procesos importantes en la conformación de la historia de la Tierra", afirma la autora principal, Stephanie Brown Krein, postdoc del Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias (EAPS) del MIT. "Conocer la temperatura a lo largo de toda esta cadena es fundamental para entender el planeta como motor térmico, y cómo la Tierra podría ser diferente de otros planetas y capaz de sostener la vida".

Entre los coautores de Krein se encuentran Zachary Molitor, estudiante de posgrado de EAPS, y Timothy Grove, profesor de geología R.R. Schrock del MIT.

Una historia química

La temperatura interior de la Tierra ha desempeñado un papel fundamental en la formación de la superficie del planeta durante cientos de millones de años. Pero no ha habido forma de leer directamente esta temperatura a decenas o cientos de kilómetros por debajo de la superficie. Los científicos han aplicado medios indirectos para inferir la temperatura del manto superior, la capa de la Tierra situada justo debajo de la corteza. Pero las estimaciones realizadas hasta ahora no son concluyentes y los científicos no se ponen de acuerdo sobre la amplitud de las variaciones de temperatura bajo la superficie.

Para su nuevo estudio, Krein y sus colegas desarrollaron un nuevo algoritmo, llamado ReversePetrogen, que está diseñado para rastrear la historia química de una roca en el tiempo, para identificar su composición original de elementos y determinar la temperatura a la que la roca se fundió inicialmente bajo la superficie.

El algoritmo se basa en años de experimentos realizados en el laboratorio de Grove para reproducir y caracterizar los procesos de fusión del interior de la Tierra. Los investigadores del laboratorio han calentado rocas de distintas composiciones, alcanzando diversas temperaturas y presiones, para observar su evolución química. A partir de estos experimentos, el equipo ha podido derivar ecuaciones -y, en última instancia, el nuevo algoritmo- para predecir las relaciones entre la temperatura, la presión y la composición química de una roca.

Krein y sus colegas aplicaron su nuevo algoritmo a rocas recogidas a lo largo de las dorsales oceánicas de la Tierra, un sistema de volcanes submarinos que abarca más de 70.000 kilómetros de longitud. Las dorsales oceánicas son regiones en las que las placas tectónicas se separan por la erupción de material del manto terrestre, un proceso impulsado por las temperaturas subyacentes.

"Se podría hacer un modelo de la temperatura de todo el interior de la Tierra, basado en parte en la temperatura de estas dorsales", dice Krein. "La cuestión es qué nos dicen realmente los datos sobre la variación de la temperatura del manto a lo largo de toda la cadena".

Mapa del manto

Los datos analizados por el equipo incluyen más de 13.500 muestras recogidas a lo largo del sistema de dorsales oceánicas durante varias décadas, por múltiples cruceros de investigación. Cada muestra del conjunto de datos es un vidrio marino en erupción, es decir, lava que entró en erupción en el océano y fue enfriada instantáneamente por el agua circundante hasta alcanzar una forma prístina y preservada.

Los científicos identificaron previamente las composiciones químicas de cada vidrio del conjunto de datos. Krein y sus colegas pasaron las composiciones químicas de cada muestra por su algoritmo para determinar la temperatura a la que cada vidrio se fundió originalmente en el manto.

De este modo, el equipo pudo generar un mapa de las temperaturas del manto a lo largo de todo el sistema de dorsales oceánicas. A partir de este mapa, observaron que gran parte del manto es relativamente homogéneo, con una temperatura media de unos 1.350 grados Celsius. Sin embargo, hay "puntos calientes", o regiones a lo largo de la dorsal, donde las temperaturas del manto parecen ser significativamente más calientes, en torno a los 1.600 grados Celsius.

"La gente piensa que los puntos calientes son regiones del manto en las que hace más calor y en las que el material puede derretirse más y potencialmente elevarse más rápido, y no sabemos exactamente por qué, ni cuánto más calientes son, ni cuál es el papel de la composición en los puntos calientes", dice Krein. "Algunos de estos puntos calientes están en la cresta, y ahora podemos tener una idea de cuál es la variación de los puntos calientes a nivel global utilizando esta nueva técnica. Eso nos dice algo fundamental sobre la temperatura de la Tierra ahora, y ahora podemos pensar en cómo ha cambiado a lo largo del tiempo."

Krein añade: "Entender esta dinámica nos ayudará a determinar mejor cómo crecieron y evolucionaron los continentes en la Tierra, y cuándo empezaron la subducción y la tectónica de placas, que son fundamentales para la vida compleja".

Esta investigación fue apoyada, en parte, por la National Science Foundation.hole chain?"