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La explosión del Cámbrico de hace 540 millones produjo la aparición de una gran variedad de animales y también provocó que el carbono quedara enterrado en el lecho marino y, finalmente, llevado al manto del planeta.

Es fácil ver que los procesos que suceden en el interior de la Tierra influyen en lo que sucede en la superficie. Así, por ejemplo, los volcanes desentierran rocas magmáticas y emiten gases a la atmósfera, lo que influye en los ciclos biogeoquímicos de nuestro planeta.

Sin embargo, lo que es menos obvio es lo contrario, que también es cierto: lo que sucede en la superficie de la Tierra afecta al interior de la Tierra, incluso a grandes profundidades. Aunque sabíamos que eso se daba en la corteza terrestre, ha sido una sorpresa saber que se da también a mucha mayor profundidad.

Un equipo dirigido por el investigador de ETH Andrea Giuliani y sus colaboradores encontró rastros de este fenómeno en rocas del manto. En concreto ha descubierto que el rápido desarrollo de la fauna hace 540 millones de años, durante la explosión del Cámbrico, cambió permanentemente la Tierra, incluso su manto inferior.

El nuevo estudio publicado en la revista Science Advances sostiene, por tanto, que el desarrollo de la vida en nuestro planeta afecta a partes del manto inferior de la Tierra, alcanzando así muchos kilómetros de profundidad.

En su estudio, los investigadores examinaron rocas volcánicas con diamantes llamadas kimberlitas de diferentes épocas de la historia de la Tierra. Estas rocas especiales son mensajeros de las regiones más bajas del manto terrestre.

Los científicos midieron la composición isotópica del carbono de muestras de estas rocas especiales y escasas. Analizaron en concreto 144 kimberlitas y rocas relacionadas de 60 ubicaciones en todo el mundo. En cada kimberlita, el equipo observó la mezcla de diferentes isótopos de carbono. Las dos formas más comunes son el carbono 12 y el carbono 13. Los organismos vivos generalmente absorben prioritariamente el primero, por lo que las muestras de carbono ricas en carbono 12 son normalmente de origen biológico.

Descubrieron que la composición de las kimberlitas más jóvenes, que tienen menos de 250 millones de años, varía considerablemente respecto a la de las rocas más antiguas. Los niveles de carbono 12 aumentaron en las kimberlitas de menos de 250 millones de años, probablemente debido a que enormes cantidades de materia orgánica quedaron enterradas en los sedimentos del fondo marino.

Los investigadores ven la explosión del Cámbrico como un desencadenante decisivo para este cambio en la composición de las kimberlitas más jóvenes. Esta fase relativamente corta, geológicamente hablando, tuvo lugar durante un período de unas pocas decenas de millones de años al comienzo de la Época Cámbrica, hace unos 540 millones de años.

Durante esta drástica transición, casi todos los filos de animales existentes en la actualidad aparecieron en la Tierra por primera vez. «El enorme aumento de formas de vida en los océanos cambió decisivamente lo que estaba sucediendo en la superficie de la Tierra. Y esto a su vez afectó la composición de los sedimentos en el fondo del océano», explica Giuliani.

Para el manto inferior de la Tierra, este cambio es relevante porque algunos de los sedimentos del lecho marino en los que se deposita el material de los seres vivos muertos, se introducen en el manto a través de la tectónica de placas. A lo largo de las zonas de subducción, estos sedimentos, junto con la corteza oceánica subyacente, son transportados a grandes profundidades. De esta forma, el carbono que estaba almacenado como materia orgánica en los sedimentos llega también al manto terrestre. Allí, los sedimentos se mezclan con otros materiales rocosos del manto de la Tierra. Luego, este material tarda mucho en ascender nuevamente hasta la superficie en otros lugares distintos a los en forman de rocas como la kimberlita. El tiempo mínimo es de unos 200-300 millones de años más o menos. Si se analizan las kimberlitas se puede obtener potencialmente una señal más prístina de las profundidades de la Tierra que usando otras rocas magmáticas.

Se cree que se depositó muy poca materia orgánica hace entre mil y 550 millones de años, lo que hace que la explosión del Cámbrico sea la única fuente plausible de carbono orgánico, según Giuliani.

Es notable que los cambios en los sedimentos marinos dejen huellas tan profundas porque, en general, solo se transportan pequeñas cantidades de sedimentos a las profundidades del manto a lo largo de una zona de subducción. Según Giuliani, esto confirmaría que el material rocoso subducido en el manto de la Tierra no se distribuye de manera homogénea, sino que se mueve a lo largo de trayectorias específicas.

Además del carbono, los investigadores también examinaron la composición isotópica de otros elementos químicos. Por ejemplo, los elementos estroncio y hafnio mostraron un patrón similar al carbono. Esto significa que la firma del carbono no puede explicarse por otros procesos como la desgasificación, porque de lo contrario los isótopos de estroncio y hafnio no estarían correlacionados con los del carbono.

Los nuevos hallazgos abren la puerta a más estudios. Por ejemplo, elementos como el fósforo o el zinc, que se vieron significativamente afectados por el surgimiento de la vida, también podrían proporcionar pistas sobre cómo los procesos en la superficie de la Tierra influyen en el interior de la Tierra.

«La Tierra es realmente un sistema general complejo. Y ahora queremos entender este sistema con más detalle», concluye Giuliani.

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Fuentes y referencias:
Artículo original.
Foto: David Swart / Messengers of the Mantle Exhibition.