Una delgada porción de rocas antiguas tomadas de la cresta Gakkel cerca del Polo Norte, fotografiadas bajo un microscopio y observadas bajo luz de polarización cruzada. Ancho de campo ~ 14 mm. El análisis de secciones delgadas de rocas ayuda a los geólogos a identificar y caracterizar los minerales contenidos en una roca. Los análisis revelan información sobre la composición mineral, la textura y la historia de la roca, como cómo se formó y los cambios posteriores que sufrió. Los investigadores utilizan la identificación y composición química de los minerales de estas rocas antiguas del manto terrestre para determinar las condiciones en las que se derritieron. Crédito: E. Cottrell, Smithsonian
Los científicos del Smithsonian están llevando a cabo nuevas investigaciones sobre rocas antiguas conocidas como «cápsulas del tiempo» que datan de al menos 2.500 millones de años.
Investigadores del Museo Nacional de Historia Natural del Smithsonian han realizado un nuevo análisis de rocas de al menos 2.500 millones de años, arrojando luz sobre la historia química del manto terrestre, la capa debajo de la corteza terrestre. Sus hallazgos mejoran nuestra comprensión de los primeros procesos geológicos de la Tierra y contribuyen a un debate científico de larga data sobre la historia geológica del planeta. En particular, el estudio proporciona evidencia de que el estado de oxidación de la mayor parte del manto de la Tierra se ha mantenido estable a lo largo del tiempo geológico, lo que pone en duda afirmaciones anteriores de otros investigadores sobre transiciones importantes.
«Este estudio nos dice más sobre cómo este lugar especial en el que vivimos se convirtió en lo que es hoy, con su superficie e interior únicos que permitieron que floreciera la vida y el agua líquida», dijo Elizabeth Cottrell, presidenta del departamento de ciencias minerales del museo. curador de la Colección Nacional de Rock y coautor del estudio. “Es parte de nuestra historia como seres humanos, porque todos nuestros orígenes se remontan a la formación de la Tierra y su evolución. »
El estudio, publicado en la revista Naturalezacentrado en un grupo de rocas extraídas del fondo marino y que poseen propiedades geoquímicas inusuales. De hecho, las rocas muestran signos de derretimiento extremo con niveles de oxidación muy bajos; La oxidación ocurre cuando átomo o una molécula pierde uno o más electrones durante una reacción química. Utilizando análisis y modelos adicionales, los investigadores utilizaron las propiedades únicas de estas rocas para demostrar que probablemente se remontan a al menos 2.500 millones de años, durante el Eón Arcaico. Además, los resultados muestran que el manto terrestre ha mantenido en general un estado de oxidación estable desde la formación de estas rocas, al contrario de lo que otros geólogos habían teorizado anteriormente.
Una roca antigua extraída del fondo marino y estudiada por el equipo de investigación. Crédito: Tom Kleindinst
«Las rocas antiguas que estudiamos están 10.000 veces menos oxidadas que las rocas modernas del manto, y demostramos que esto se debe a que se derritieron en las profundidades de la Tierra durante el Arcaico, cuando la capa era mucho más cálida de lo que es hoy», dijo Cottrell. “Otros investigadores han intentado explicar los niveles más altos de oxidación observados en las rocas del manto actuales sugiriendo que tuvo lugar un evento o cambio de oxidación entre el Arcaico y el presente. Nuestra evidencia sugiere que la diferencia en los niveles de oxidación puede explicarse simplemente por el hecho de que el manto de la Tierra se ha enfriado durante miles de millones de años y ya no está lo suficientemente caliente como para producir rocas con niveles de oxidación también bajos. »
El equipo de investigación, incluida la autora principal del estudio, Suzanne Birner, que completó su formación predoctoral en el Museo Nacional de Historia Natural y ahora es profesora asistente en el Berea College de Kentucky, comenzó su investigación para comprender la relación entre el manto sólido de la Tierra y las rocas volcánicas modernas del fondo marino. . Los investigadores comenzaron estudiando un grupo de rocas que fueron dragadas del fondo marino en dos dorsales oceánicas donde las placas tectónicas se están separando y el manto sube a la superficie y produce nueva corteza.
Los dos sitios donde se recolectaron las rocas de estudio, la Cordillera Gakkel cerca del Polo Norte y la Cordillera del Suroeste de la India entre África y la Antártida, son dos de los límites de placas tectónicas de expansión más lenta del mundo. La lenta expansión de estas dorsales oceánicas significa que son relativamente tranquilas, desde el punto de vista volcánico, en comparación con las dorsales de expansión más rápida que están salpicadas de volcanes como la Cordillera del Pacífico Oriental. Esto significa que es más probable que las rocas recolectadas de estas crestas de lenta expansión sean muestras del propio manto.
La popa del buque de investigación, el R/V Knorr, en el mar en 2004. La estructura en forma de A sostiene el cubo gigante de metal y cadena mientras se baja a más de 10,000 pies por debajo de la superficie del océano y se arrastra a lo largo del fondo marino para recolectar datos geológicos. muestras. Crédito: Emily Van Ark
Cuando el equipo analizó las rocas del manto que recogieron de estas dos crestas, descubrieron que tenían extrañas propiedades químicas en común. En primer lugar, las rocas se habían derretido en una proporción mucho mayor que la que caracteriza al manto terrestre actual. En segundo lugar, las rocas estaban mucho menos oxidadas que la mayoría de las otras muestras del manto terrestre.
Para lograr este grado de fusión, los investigadores estimaron que las rocas debieron haberse derretido en las profundidades de la Tierra a temperaturas muy altas. El único período en la historia geológica de la Tierra que se sabe que incluyó temperaturas tan altas fue hace entre 2.500 y 4.000 millones de años, durante el Eón Arcaico. Por lo tanto, los investigadores dedujeron que estas rocas del manto pudieron haberse derretido durante el Arcaico, cuando el interior del planeta estaba entre 360 y 540 grados. Fahrenheit (200–300 grados Celsius) hace más calor que hoy.
Estar tan extremadamente fundidas habría protegido a estas rocas de un mayor derretimiento que podría haber alterado su firma química, permitiéndoles circular en el manto de la Tierra durante miles de millones de años sin cambiar significativamente su química.
«Este hecho por sí solo no prueba nada», dijo Cottrell. “Pero abre la puerta a la posibilidad de que estas muestras sean verdaderas cápsulas del tiempo geológico del Arcaico. »
Interpretación y conocimiento científico.
Para investigar escenarios geoquímicos que podrían explicar los bajos niveles de oxidación en las rocas recolectadas en Gakkel Ridge y Southwest Indian Ridge, el equipo aplicó varios modelos a sus mediciones. Los modelos revelaron que los bajos niveles de oxidación medidos en sus muestras pueden haber sido causados por el derretimiento bajo condiciones de calor extremo en las profundidades de la Tierra.
Ambas líneas de evidencia apoyan la interpretación de que las propiedades atípicas de las rocas representan una firma química de su fusión en las profundidades de la Tierra durante el Arcaico, cuando el manto podía producir temperaturas extremadamente altas.
Algunos geólogos han interpretado las rocas del manto con bajos niveles de oxidación como evidencia de que el manto de la Tierra Arcaica estaba menos oxidado y que, a través de algún mecanismo, se oxidaba más con el tiempo. Los mecanismos de oxidación propuestos incluyen un aumento gradual de los niveles de oxidación debido a la pérdida de gas al espacio, el reciclaje de antiguos fondos marinos por subducción y la participación continua del núcleo de la Tierra en la geoquímica del manto. Pero, hasta la fecha, los defensores de esta teoría no se han puesto de acuerdo en una sola explicación.
En cambio, los nuevos hallazgos apoyan la idea de que el nivel de oxidación en el manto de la Tierra se ha mantenido en gran medida estable durante miles de millones de años, y que la baja oxidación observada en algunas muestras del manto se creó en condiciones geológicas que la Tierra ya no puede producir debido a su estado. El manto se ha enfriado desde entonces. Entonces, en lugar de un mecanismo que crea el manto de la Tierra Más Oxidado durante miles de millones de años, el nuevo estudio sostiene que las altas temperaturas arcaicas transformaron partes del manto menos óxido. Como el manto de la Tierra se ha enfriado desde el Arcaico, ya no puede producir rocas con niveles de oxidación extremadamente bajos. Según Cottrell, el proceso de enfriamiento en el manto de la Tierra proporciona una explicación mucho más simple: la Tierra simplemente ya no produce rocas como antes.
Cottrell y sus colaboradores ahora están tratando de comprender mejor los procesos geoquímicos que dieron forma a las rocas del manto Arcaico de Gakkel Ridge y Southwest Indian Ridge simulando en el laboratorio las presiones y temperaturas extremadamente altas observadas durante el Arcaico.
Referencia: “Derretimiento antiguo, profundo y caliente registrado por fugacidad de oxígeno ultrabaja en peridotitas” por Suzanne K. Birner, Elizabeth Cottrell, Fred A. Davis y Jessica M. Warren, 24 de julio de 2024, Naturaleza. DOI: 10.1038/s41586-024-07603-w
Además de Birner y Cottrell, Fred Davis de la Universidad de Minnesota Duluth y Jessica Warren de la Universidad de Delaware fueron coautores del estudio.
La investigación fue apoyada por el Smithsonian y la Fundación Nacional de Ciencias.
Los picos de temperatura sobre la Antártida en julio representan el calentamiento más temprano de la estratosfera registrado, NASA muestran las observaciones.
Los científicos atmosféricos monitorean de cerca esta región de la atmósfera de la tierraque se extiende desde aproximadamente 6 a 50 kilómetros sobre la superficie terrestre, durante el invierno del hemisferio sur. Lorenzo Coy Y Pablo NewmanAmbos científicos atmosféricos de la NASA. Oficina Global de Modelado y Asimilación (GMAO)crear elaborado Modelos de asimilación y reanálisis de datos. de la atmósfera global y prestó especial atención a los eventos de calentamiento inusuales y «sorprendentes».
Generalmente la temperatura en la estratosfera media, a unos 30 km por encima TierraEn la superficie de la Antártida, la temperatura ronda los -80 grados centígrados, pero el 7 de julio saltó de -3 grados centígrados a -65 grados centígrados. Este pico estableció un nuevo récord para la temperatura más alta de julio detectada en la estratosfera sobre la Antártida.
«El evento de julio fue el calentamiento estratosférico más temprano jamás observado en los 44 años de registros CMMS», dijo Coy en un comunicado. declaración.
La temperatura duró dos semanas, antes de volver a bajar el 22 de julio. Hubo una breve pausa antes de otro aumento a 31°F (-1°C) el 5 de agosto.
En invierno, la estratosfera está dominada por vientos del oeste que rodean el Polo Sur a unos 300 km/h. Comúnmente llamado vórtice polar, el flujo alrededor de los polos es normalmente simétrico. Sin embargo, a veces el flujo se interrumpe y los vientos se debilitan, la forma del flujo cambia. A medida que el vórtice polar se extiende más, los vientos disminuyen, lo que provoca un calentamiento significativo de la estratosfera sobre la región antártica.
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Este mapa muestra la vorticidad potencial (una cantidad que describe la rotación de las masas de aire) en la estratosfera el 5 de agosto de 2024. Las áreas de alta vorticidad potencial aparecen en amarillo y tienen circulación en el sentido de las agujas del reloj; las áreas de bajo potencial de vorticidad aparecen de color púrpura y tienen circulación en sentido antihorario. El vórtice polar se alargó y debilitó, y el flujo de viento tomó la forma de un maní en lugar de su patrón circular habitual. Crédito: Wanmei Liang, utilizando datos de GEOS-FP, cortesía de Lawrence Coy y la Oficina de Asimilación y Modelado Global de NASA GSFC. Temperaturas del aire en la estratosfera media para el 5 de agosto de 2023 (izquierda) y el 5 de agosto de 2024 (derecha). El alargamiento del vórtice polar y el aumento de las temperaturas más cerca del polo son evidentes en el mapa de 2024. (Crédito de la imagen: Wanmei Liang, utilizando datos de GEOS-FP, cortesía de Lawrence Coy y la Oficina de Asimilación y Modelado Global de NASA GSFC)
El vórtice polar del hemisferio sur normalmente permanece menos activo que su homólogo ártico. «Los eventos de calentamiento repentino ocurren en la Antártida aproximadamente una vez cada cinco años, con mucha menos frecuencia que en el Ártico», dijo Coy. Esto probablemente se debe a que el hemisferio norte es más grande, lo que puede alterar el flujo del viento en la troposfera, la capa atmosférica inferior cercana al suelo, dijo. Los sistemas climáticos a gran escala que se desarrollan en la troposfera y avanzan hacia la estratosfera pueden afectar el vórtice polar.
El clima troposférico de julio sobre la Antártida también coincidió con julio de 1991 como el Se observa el quinto mes de julio más cálido. Sin embargo, el calentamiento repentino de la estratosfera no tiene necesariamente un vínculo obvio con el clima, señaló Newman.
«Las variaciones en las temperaturas de la superficie del mar y del hielo marino pueden alterar estos sistemas climáticos a gran escala en la troposfera que se propagan hacia arriba», dijo Newman en el comunicado. “Pero es muy difícil explicar por qué se desarrollan estos sistemas. »
Nota del editor: Este artículo se actualizó a las 12:05 p. m. EDT del 16 de septiembre para corregir algunas conversiones de temperatura entre Fahrenheit y Celsius.
Un equipo de científicos presentó un nuevo mapa de gravedad de Marzo en el Congreso Científico Europlanet 2024 El mapa muestra la presencia de estructuras densas y de gran escala debajo del océano desaparecido hace mucho tiempo de Marte y que los procesos del manto están afectando a Olympus Mons, el volcán más grande del sistema solar.
El nuevo mapa y los análisis incluyen datos de varias misiones, incluida la misión InSIGHT (Exploración interior mediante investigaciones sísmicas, geodesia y transporte de calor) de la NASA. También utilizan datos de pequeñas desviaciones de los satélites que orbitan alrededor de Marte.
El artículo «El campo gravitacional global de Marte revela un interior activo» se publicará en el próximo número de JGR: Planets. El autor principal es Bart Root de la Universidad Tecnológica de Delft. Algunos resultados van en contra de un concepto importante en geología.
Los geólogos trabajan con un concepto llamado isostasia de flexión. Describe cómo responde la rígida capa exterior de un planeta a cargas y descargas a gran escala. Esta capa se llama litosfera y está formada por la corteza y la parte superior del manto.
Esta imagen coloreada de la superficie de Marte fue tomada por la sonda Mars Reconnaissance Orbiter. La línea de tres volcanes corresponde a las montañas Tharsis, con Olympus Mons al noroeste. Valles Marineris está al este. (NASA/JPL-Caltech/Universidad Estatal de Arizona)
Cuando algo pesado ejerce presión sobre la litosfera, ésta responde hundiéndose. En la Tierra, Groenlandia es un buen ejemplo: la inmensa capa de hielo ejerce una presión hacia abajo sobre la superficie terrestre. A medida que sus casquetes polares se derritan debido al calentamiento global, Groenlandia crecerá.
Esta curvatura hacia abajo a menudo hace que las áreas circundantes se levanten, aunque el efecto es leve. Cuanto mayor es la carga, más pronunciada es la flexión hacia abajo, aunque también depende de la resistencia y elasticidad de la litosfera. La isostasia de flexión es una idea esencial para comprender el rebote de los glaciares, la formación de montañas y la formación de cuencas sedimentarias.
Los autores del nuevo estudio dicen que los científicos necesitan repensar cómo funciona la isostasia de flexión en Marte. Esto se debe al Olympus Mons, el volcán más grande del sistema solar, y a toda la región volcánica llamada Tharsis Rise, o Tharsis MontesTharsis Montes es una vasta región volcánica que alberga otros tres enormes volcanes en escudo: Arsia Mons, Pavonis Mons y Ascraeus Mons.
La isostasia de flexión indica que esta enorme región debería forzar la superficie del planeta hacia abajo. Pero es todo lo contrario. Tharsis Montes está mucho más alta que el resto de la superficie de Marte. El módulo de aterrizaje InSIGHT de la NASA también ha enseñado mucho a los científicos sobre la gravedad de Marte y juntos están obligando a los investigadores a reconsiderar cómo funciona todo en Marte.
«Esto significa que debemos repensar nuestra comprensión del soporte del gran volcán y sus alrededores», escriben los autores. “La señal gravitacional de su superficie corresponde bien a un modelo que considera al planeta como una capa delgada. »
La investigación muestra que procesos activos en el manto marciano están impulsando a Tharsis Montes hacia arriba. «Parece haber una gran masa (algo ligero) en lo profundo de la capa marciana, que podría surgir del manto», escriben los autores. “Esto muestra que Marte todavía podría estar experimentando movimientos activos internamente, creando nuevos volcanes en la superficie. »
Los investigadores descubrieron una masa subterránea de aproximadamente 1.750 kilómetros de diámetro y a una profundidad de 1.100 kilómetros. Sospechan que es una columna de manto que se eleva debajo de Tharsis Montes y es lo suficientemente fuerte como para contrarrestar la presión descendente ejercida por toda la masa.
«Esto sugiere que una columna de humo está fluyendo actualmente hacia la litosfera para generar vulcanismo activo en el futuro geológico», escriben los autores en su artículo.
Existe debate sobre el grado de actividad volcánica en Marte. Aunque no hay volcanes activos en el planeta, investigación muestra que la región de Tharsis resurgió en el pasado geológico cercano durante las últimas decenas de millones de años.
Si hay una columna de manto debajo de Tharsis Montes, ¿podría llegar a la superficie? Esto es puramente especulativo y se necesita más investigación para confirmar estos hallazgos.
Los investigadores también descubrieron otras anomalías gravitacionales. Descubrieron estructuras densas y misteriosas debajo de las llanuras polares del norte de Marte. Están enterrados bajo una gruesa capa de sedimentos lisos que probablemente fueron depositados en un antiguo fondo marino.
Las anomalías rondan los 300 a 400 kg/m3 más denso que su entorno. La Luna de la Tierra exhibe anomalías gravitacionales asociadas con cuencas de impacto gigantes. Los científicos creen que los impactadores que crearon las cuencas eran más densos que la lunay su masa pasó a formar parte de la Luna.
Las cuencas de impacto de Marte también presentan anomalías gravitacionales. Por otro lado, las anomalías en el hemisferio norte de Marte no muestran ningún rastro de él en la superficie.
“Estas densas estructuras podrían ser de origen volcánico o estar hechas de material compactado debido a impactos antiguos. Identificamos unas 20 estructuras de diferentes tamaños repartidas por el casquete polar norte, una de las cuales tiene la forma de un perro”, dijo el Dr. Root.
«Parece que no hay rastro de ellos en la superficie. Sin embargo, a través de datos de gravedad«Tenemos una visión fascinante de la historia antigua del hemisferio norte de Marte».
La única manera de comprender estas misteriosas estructuras y la gravedad de Marte en general es obtener más datos. Root y sus colegas proponen una misión que podría recopilar los datos necesarios.
La misión se llamará misión Martian Quantum Gravity (MaQuls). Se basaría en la misma tecnología que la utilizada en las misiones GRAIL (Gravity Recovery and Interior Laboratory) y GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment), que cartografiaron la gravedad de la Luna y la Tierra respectivamente. MaQuls estaría compuesto por dos satélites seguidos y unidos por un enlace óptico.
“Las observaciones con MaQuIs nos permitirían explorar mejor el subsuelo de Marte. Esto nos ayudaría a aprender más sobre estas misteriosas características ocultas y a estudiar la convección en curso del manto, así como a comprender los procesos dinámicos de la superficie, como los cambios atmosféricos estacionales y la detección de depósitos de agua subterráneos”, dijo la Dra. Lisa Wörner del DLR, quien presentó la misión MaQuIs en EPSC2024 esta semana.
Si bien a los meteorólogos les gusta llamar otoño a principios de septiembre, la caída astronómica comienza más tarde, en la línea de otoño. equinoccioEste año, cae el domingo 22 de septiembre a las 8:44 a. m. EDT (12:44 p. m. UTC), según el Servicio Meteorológico Nacional.
En este punto, el eje de la Tierra está inclinado hacia el Sol, lo que significa que hay casi la misma cantidad de luz solar y oscuridad en el globo.
Esta geometría celeste marca el cambio de estaciones: del verano al otoño en el hemisferio norte y del invierno a la primavera en el hemisferio sur. La palabra «equinoccio» es una palabra latina que significa «noche igual», uno de los dos días del año en los que la duración del día y la oscuridad son iguales en todas partes del planeta.
El equinoccio de otoño es una ocasión importante para marcar el viaje anual de la Tierra alrededor del Sol. Las horas de oscuridad aumentarán gradualmente al norte del ecuador hasta el solsticio del 21 de diciembre, y viceversa al sur del ecuador.
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Más horas nocturnas también significan más horas para observar las estrellas; algunos de ellos Las mejores lluvias de meteoritos del año están por llegary las siguientes tres lunas llenas, incluida la Luna de cosecha el 17 de septiembreHabrá superlunas, lo que las hará parecer más grandes y brillantes en el cielo. Si no tienes buen par de binoculares para observar las estrellas o un lindo telescopio de patio traseroAhora es el momento perfecto para invertir en un dispositivo de este tipo.
Una vista satelital de la Tierra en los solsticios (izquierda) y equinoccios (derecha). (Crédito de la imagen: NASA Goddard)
Los equinoccios y solsticios se producen cuando el eje de la Tierra está inclinado 23,5 grados, lo que significa que diferentes partes del planeta reciben más o menos luz solar a lo largo del año.
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Para aquellos que se encuentran en el ecuador, el sol del mediodía brillará directamente sobre sus cabezas durante el equinoccio. Para todos los demás, el equinoccio es un evento difícil de ver.
Una de las mejores formas de celebrar su paso este año es observar el amanecer y el atardecer, que tendrán lugar en el este y oeste respectivamente. Esto sólo ocurre en los equinoccios, cuando el sol cruza el ecuador celeste (la línea imaginaria entre los cielos de los hemisferios norte y sur), sin importar en qué parte del planeta te encuentres.
