Subducción arcaica

La subducción arcaica es un tema controvertido que involucra la posible existencia y naturaleza de la subducción en el Arcaico , un eón geológico que abarca desde hace 4.000 a 2.500 millones de años. Hasta hace poco, había poca evidencia que respaldara inequívocamente una postura sobre la otra, y en el pasado muchos científicos creían en la subducción superficial o en su completa inexistencia. Sin embargo, en las últimas dos décadas se ha observado el posible inicio de un cambio en la comprensión geológica, ya que nuevas evidencias indican cada vez más una subducción episódica y no superficial. ^{[ 1 ]}

La subducción es el proceso impulsado por la densidad mediante el cual una placa tectónica se mueve debajo de otra y se hunde en el manto en un límite convergente . La atracción gravitatoria de las placas densas proporciona aproximadamente el 90% de la fuerza impulsora de la tectónica de placas , ^{[ 2 ]} y, en consecuencia, la subducción es crucial para cambiar la configuración de la Tierra, guiar su evolución térmica ^{[ 3 ]} y construir su estructura composicional. ^{[ 1 ]} En particular, las zonas de subducción son los sitios primarios de la formación de la corteza continental actual , ^{[ 4 ]} otro proceso de la Tierra moderna que tiene un pasado misterioso. Además, la subducción es el principal mecanismo por el cual los materiales de la superficie entran en la Tierra profunda ^{[ 5 ]} y también es en gran parte responsable de la formación de minerales . ^{[ 6 ]} Considerando la importancia de la subducción en muchos procesos geológicos , es claro que estudiar su naturaleza pasada y presente es esencial para desarrollar nuestra comprensión de la Tierra como un sistema dinámico.

Quienes defienden la inexistencia de subducción en el Arcaico señalan el modelo bien establecido de que la Tierra Arcaica era significativamente más caliente que hoy, lo que habría afectado la densidad litosférica de tal manera que tal vez habría impedido la subducción. Las temperaturas más altas de la Tierra Arcaica pueden atribuirse a la liberación de enormes cantidades de energía por la acreción de material del Sistema Solar y la posterior diferenciación en núcleo y manto . ^{[ 1 ]} Esta energía, junto con una mayor concentración de elementos productores de calor , ^{[ 7 ]} llevó a que la Tierra fuera 200 K más caliente en el Arcaico que hoy. ^{[ 3 ]} Suponiendo que la expansión del fondo marino generó litosfera oceánica en el Arcaico, las temperaturas más altas llevaron a una mayor fusión del material del manto que ascendía en los centros de expansión oceánica. ^{[ 8 ]} Esto a su vez produjo una corteza oceánica más gruesa y regiones más gruesas de manto litosférico subyacente empobrecido. ^{[ 8 ]} Por lo tanto, la densidad de la litosfera se redujo debido tanto a la diferenciación de la corteza del manto como al consiguiente agotamiento relativo del manto residual en Fe y Al . ^{[ 9 ]} Estas propiedades esperadas han llevado a sugerir que la litosfera oceánica era tan ligera que subdujo muy superficialmente o no subdujo en absoluto. ^{[ 10 ]} Los científicos que favorecen esta hipótesis argumentan que el material félsico se formó a partir de la fusión parcial hidratada de la corteza oceánica engrosada en las zonas de raíz de las mesetas oceánicas , ^{[ 11 ]} y no de las zonas de subducción como se creía generalmente.

Quienes defienden la teoría de la subducción en el Arcaico afirman que los modelos recientes han dilucidado las siguientes características fundamentales de este periodo, las cuales, según argumentan, pueden utilizarse para describir por qué se producía la subducción:

1) Las temperaturas del manto eran efectivamente 200 K más altas que las actuales. ^{[ 9 ]}

2) La corteza oceánica tenía aproximadamente 21 km (13 millas) de espesor, en comparación con los 7 km (4,3 millas) de espesor actuales. ^{[ 9 ]}    

3) La profundidad a la que el manto se fundió parcialmente fue de 114 km (71 mi) , en comparación con los 54 km (34 mi) actuales. ^{[ 9 ]}    

4) El flujo de calor hacia la base de las placas tectónicas era entre 1,3 y 2,0 veces mayor que en la actualidad. ^{[ 9 ]}

El razonamiento matemático basado en estas restricciones llevó a la conclusión de que el enfriamiento fue suficiente para proporcionar una fuerza impulsora para la subducción. ^{[ 9 ]} De hecho, se piensa que la baja rigidez flexural de las placas Arcaicas tal vez hizo que el inicio de la subducción fuera más fácil que en la actualidad. ^{[ 9 ]} Por un lado, la menor densidad de las placas oceánicas redujo la fuerza de arrastre de la placa , pero este efecto probablemente fue compensado por la delaminación de la corteza de baja densidad , así como por el paso de la corteza gruesa a través de la transición de eclogita . ^{[ 9 ]} Además del modelado, se ha descubierto evidencia geológica que respalda aún más la existencia de la subducción Arcaica. Muchas rocas ígneas Arcaicas muestran un enriquecimiento de elementos litófilos de iones grandes (LILE) sobre elementos de alta fuerza de campo (HFSE), que es una firma clásica de subducción comúnmente observada en rocas de arco volcánico . ^{[ 1 ]} Además, la presencia de cinturones de cabalgamiento estructurales y cinturones metamórficos emparejados también son características distintivas de la dinámica de subducción y los cambios ambientales subsiguientes. ^{[ 1 ]}

Si bien la existencia de la subducción en el Arcaico implica que la corteza continental probablemente se formó mediante subducción en cierta medida, no requiere que la subducción fuera la única forma de formación de la corteza continental. Por lo tanto, el debate continuo sobre el origen de la corteza continental no puede resolverse completamente solo con argumentos basados ​​en la subducción.

Aunque el tema de la subducción arcaica ha sido controvertido durante mucho tiempo, la aparición de modelos innovadores y evidencia geológica ha comenzado a inclinar a parte de la comunidad científica hacia la existencia de una subducción episódica no superficial. En adelante, la reología de los materiales de la Tierra primitiva debería enfatizarse en futuras investigaciones, ya que no se comprende bien y, por lo tanto, la dinámica de la subducción está poco definida. ^{[ 1 ]} Además, la escasez de datos arcaicos exige una comprensión aún mejor de los vínculos entre el interior de la Tierra y sus procesos superficiales si pretendemos obtener información adicional sobre la subducción arcaica. ^{[ 1 ]}