Un par de cientos de diamantes del tamaño de piedras, extraídos del barro brasileño, se encuentran dentro de una caja fuerte en la Universidad Northwestern. Para algunos, podrían ser inútiles. «Están maltratados», dijo Steve Jacobsen, mineralogista de Northwestern. «Parece que han pasado por una lavadora.»Muchos son oscuros o amarillos, lejos de las gemas prístinas de los sueños de los joyeros.

Sin embargo, para investigadores como Jacobsen, estos fragmentos de carbono cristalino son igualmente preciosos, no para el diamante en sí, sino para lo que está encerrado en su interior: manchas de minerales forjadas a cientos de kilómetros bajo tierra, en lo profundo del manto de la Tierra.

Estas manchas minerales, algunas demasiado pequeñas para ver incluso bajo un microscopio, ofrecen un vistazo al interior de la Tierra, que de otra manera sería inalcanzable. En 2014, los investigadores vislumbraron algo incrustado en estos minerales que, de no ser por sus orígenes profundos, no habría sido notable: el agua.

No gotas reales de agua, o incluso moléculas de H20, sino sus ingredientes, átomos de hidrógeno y oxígeno incrustados en la estructura cristalina del mineral en sí. Este mineral hidratado no está mojado. Pero cuando se derrite, se derrama agua. El descubrimiento fue la primera prueba directa de que existen minerales ricos en agua a esta profundidad, entre 410 y 660 kilómetros de profundidad, en una región llamada zona de transición, intercalada entre los mantos superior e inferior.

Desde entonces, los científicos han encontrado pruebas más tentadoras de agua. En marzo, un equipo anunció que había descubierto diamantes del manto de la Tierra que tenían agua real encerrada en su interior. Los datos sísmicos también han cartografiado minerales inocuos para el agua en una gran parte del interior de la Tierra. Algunos científicos ahora argumentan que un enorme depósito de agua podría estar al acecho muy por debajo de nuestros pies. Si consideramos todas las aguas superficiales del planeta como un solo océano, y resulta que hay incluso unos pocos océanos subterráneos, cambiaría la forma en que los científicos piensan del interior de la Tierra. Pero también plantea otra pregunta: ¿De dónde podría haber salido todo?

Mundo del agua

Sin agua, la vida tal como la conocemos no existiría. Tampoco lo haría el planeta vivo y dinámico con el que estamos familiarizados hoy en día. El agua juega un papel integral en la tectónica de placas, activando volcanes y ayudando a que partes del manto superior fluyan más libremente. Sin embargo, la mayor parte del manto es relativamente seco. El manto superior, por ejemplo, está hecho principalmente de un mineral llamado olivino, que no puede almacenar mucha agua.

Pero por debajo de los 410 kilómetros, en la zona de transición, las altas temperaturas y presiones exprimen el olivino en una nueva configuración de cristal llamada wadsleyita. En 1987, Joe Smyth, un mineralogista de la Universidad de Colorado, se dio cuenta de que la estructura cristalina de la wadsleyita estaría afectada por huecos. Estos huecos resultan ser perfectos para los átomos de hidrógeno, que podrían acurrucarse en estos defectos y unirse con los átomos de oxígeno adyacentes que ya están en el mineral. La wadsleyita, que se encuentra en Smyth, puede potencialmente agarrar gran cantidad de hidrógeno, convirtiéndolo en un mineral hidratado que produce agua cuando se derrite. Para científicos como Smyth, hidrógeno significa agua.

Más profundo en la zona de transición, wadsleyita se convierte en ringwoodita. Y en el laboratorio, Jacobsen (que era el estudiante graduado de Smyth en la década de 1990) exprimía y calentaba trozos de madera de anillo para imitar las condiciones extremas de la zona de transición. Investigadores que realizan experimentos similares con wadsleyita y ringwoodita descubrieron que en la zona de transición, estos minerales podían contener entre el 1 y el 3 por ciento de su peso en agua. Teniendo en cuenta que la zona de transición es una concha de aproximadamente 250 kilómetros de espesor que representa aproximadamente el 7 por ciento de la masa de la Tierra (en comparación, la corteza es solo el 1 por ciento), podría contener varias veces el agua de los océanos de la Tierra.

Estos experimentos, sin embargo, solo miden la capacidad de agua. «No es una medida de cuán húmeda está la esponja, es una medida de cuánto puede contener la esponja», dijo Wendy Panero, geofísica de la Universidad Estatal de Ohio.

Los experimentos tampoco eran necesariamente realistas, ya que los investigadores solo podían probar la madera de anillamiento cultivada en laboratorio. Aparte de unos pocos meteoritos, nadie había visto madera de anillo en la naturaleza. Es decir, hasta 2014.

Pistas tentadoras

Mientras los aficionados al fútbol se reunían en Brasil para la Copa del Mundo de 2014, un pequeño grupo de geólogos se dirigió a las tierras de cultivo alrededor de Juína, una ciudad a casi 2.000 kilómetros al oeste de Brasilia. Estaban a la caza de diamantes que habían sido robados de ríos locales.

A medida que los diamantes se forman en el calor y la alta presión del manto, pueden atrapar trozos de minerales. Debido a que los diamantes son tan duros y rígidos, conservan estos minerales del manto mientras son lanzados a la superficie a través de erupciones volcánicas.

Los investigadores compraron más de mil de los cristales más moteados y llenos de minerales. Uno de los científicos, Graham Pearson, llevó a varios cientos de vuelta a su laboratorio en la Universidad de Alberta, donde, dentro de un diamante en particular, él y sus colegas descubrieron la madera de anillo de la zona de transición. No solo eso, sino que era madera de anilla hidratada, lo que significaba que contenía agua, aproximadamente un 1 por ciento en peso.

«Es un descubrimiento importante en términos de plausibilidad», dijo Brandon Schmandt, sismólogo de la Universidad de Nuevo México. Por primera vez, los científicos tuvieron una muestra de la zona de transición, y fue hidratada. «Entonces, definitivamente no es una locura pensar que otras partes de la zona de transición también están hidratadas.»

Pero, agregó, » también sería un poco loco pensar que un cristal representa el promedio de toda la zona de transición.»Los diamantes, después de todo, se forman solo en ciertas condiciones, y esta muestra podría provenir de un lugar excepcionalmente acuoso.

Para ver cuán extendida podría ser la madera de anillo hidrófuga, Schmandt se asoció con Jacobsen y otros para mapearla utilizando ondas sísmicas. Debido a la convección, la madera de anillo hidratada puede hundirse, y a medida que cae por debajo de la zona de transición, la presión creciente exprime el agua, haciendo que el mineral se derrita. Justo debajo de la zona de transición donde desciende el material del manto, estos estanques de minerales fundidos pueden ralentizar abruptamente las ondas sísmicas. Al medir velocidades sísmicas bajo América del Norte, los investigadores encontraron que, de hecho, tales piscinas parecen comunes debajo de la zona de transición. Otro estudio que midió las ondas sísmicas bajo los Alpes europeos encontró un patrón similar.

Abundante agua del manto recibió otro impulso en marzo cuando un equipo liderado por Oliver Tschauner, un mineralogista de la Universidad de Nevada, Las Vegas, descubrió diamantes que contienen trozos reales de hielo de agua, la primera observación de H2O existente libremente desde el manto. Las muestras podrían decir más sobre las condiciones húmedas que formaron el diamante que la existencia de cualquier depósito ubicuo. Pero debido a que esta agua, una forma de alta presión llamada hielo-VII, se encontró en una variedad de lugares en el sur de África y China, podría resultar relativamente extendida.

«Dentro de un par de años, descubriremos que ice-VII es mucho más común», dijo Steve Shirey, geólogo de la Institución Carnegie para la Ciencia. «Nos está diciendo que tenemos la misma historia que nos está contando la ringwoodite hidrófuga.»

Pero si la historia es que el manto está lleno de agua, el cliffhanger nos deja preguntándonos cómo llegó todo allí.

Orígenes acuosos

De acuerdo con el cuento estándar, el agua de la Tierra fue importada. La región alrededor del sol donde se formó el planeta era demasiado caliente para que los compuestos volátiles como el agua se condensaran. Así que la Tierra naciente comenzó seca, mojándose solo después de que cuerpos ricos en agua del distante sistema solar se estrellaran contra el planeta, entregando agua a la superficie. La mayoría de estos probablemente no eran cometas, sino asteroides llamados condritas carbonáceas, que pueden ser hasta un 20 por ciento de agua en peso, almacenándola en forma de hidrógeno como la madera anular.

Pero si hay una enorme reserva de agua en la zona de transición, esta historia del origen del agua tendría que cambiar. Si la zona de transición pudiera almacenar el 1 por ciento de su peso en agua, una estimación moderada, dijo Jacobsen, contendría el doble de los océanos del mundo. El manto inferior es mucho más seco, pero también voluminoso. Podría ascender a todos los océanos del mundo (de nuevo). También hay agua en la corteza. Para que la subducción incorpore tanta agua de la superficie al ritmo actual, tomaría mucho más tiempo que la edad del planeta, dijo Jacobsen.

Si ese es el caso, al menos parte del agua interior de la Tierra debe haber estado siempre aquí. A pesar del calor en los inicios del sistema solar, las moléculas de agua podrían haberse pegado a las partículas de polvo que se unieron para formar la Tierra, según algunas teorías.

Sin embargo, la cantidad total de agua en el manto es una cifra muy incierta. En el extremo inferior, el manto podría contener solo la mitad de agua que en los océanos del mundo, según Schmandt y otros.

En el extremo superior, el manto podía contener dos o tres veces la cantidad de agua en los océanos. Si hubiera mucho más que eso, el calor adicional de la Tierra más joven habría hecho el manto demasiado acuoso y líquido para fracturar las placas continentales, y la tectónica de placas de hoy puede que nunca haya comenzado. «Si tienes un montón de agua en la superficie, es genial», dijo Jun Korenaga, geofísico de la Universidad de Yale. «Si tienes un montón de agua en el manto, no es genial.»

Pero quedan muchas incertidumbres. Un gran signo de interrogación es el manto inferior, donde las presiones extremas convierten a la madera anular en bridgmanita, que no puede contener mucha agua en absoluto. Sin embargo, estudios recientes sugieren la presencia de nuevos minerales que contienen agua, denominados fase D y fase H. Exactamente cómo son estos minerales y cuánta agua podrían almacenar, sigue siendo una pregunta abierta, dijo Panero. «Debido a que es una pregunta abierta, creo que el contenido de agua en el manto permanece abierto al debate abierto.»

Medir el almacenamiento de agua interior de la Tierra no es fácil. Una forma prometedora es medir la conductividad eléctrica del manto, dijo Korenaga. Pero esas técnicas aún no son tan avanzadas como, por ejemplo, el uso de ondas sísmicas. Y aunque las ondas sísmicas ofrecen una visión global del interior de la Tierra, la imagen no siempre es clara. Las señales son sutiles, y los investigadores necesitan datos más precisos y una mejor comprensión de las propiedades de un material de manto más realista, en lugar de solo ringwoodita y wadsleyita. Esos dos minerales constituyen aproximadamente el 60 por ciento de la zona de transición, el resto es una mezcla compleja de otros minerales y compuestos.

Encontrar más diamantes con minerales hidratados también ayudaría. En el laboratorio de Jacobsen, ese trabajo recae en la estudiante graduada Michelle Wenz. Para cada diamante, utiliza potentes rayos X en el Laboratorio Nacional Argonne para mapear la ubicación de cada mota mineral, de la cual puede haber media docena. Luego, para identificar los minerales, emite rayos X en cada bit y mide cómo se dispersan los rayos de su estructura cristalina. De los cientos de diamantes en el laboratorio, todos de Brasil, ha pasado por unos 60. No hay agua.

Agua o no, dijo, estas cápsulas de las profundidades siguen siendo increíbles. «Cada uno es tan único», dijo. «Se parecen mucho a los copos de nieve.»

Corrección: Este artículo fue revisado el 11 de julio de 2018 para corregir un error tipográfico; es el manto, no el océano, el que podría contener dos o tres veces la cantidad de agua en los océanos.

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