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GEOLOGÍA

Las entrañas expuestas de la Terra

Un mapea submarino ayuda a redescubrir el origen inusitado del archipiélago de São Pedro y São Paulo

Marina de Brasil Imagen aérea de São Pedro y São Paulo: islas formadas por rocas que se originaron a más de 10 km de profundidadMarina de Brasil

El geólogo Thomas Campos conoce al archipiélago de São Pedro y São Paulo como la palma de su mano. Docente de la Universidad Federal de Rio Grande do Norte (UFRN), ha visitado 17 veces las cinco pequeñas islas rocosas cuya superficie total no cubriría una cancha de fútbol. Sus viajes a ese archipiélago ubicado en pleno océano Atlántico ecuatorial, que se encuentra a mil kilómetros (km) de Natal, en la costa brasileña, dieron comienzo en 1999, como parte del proyecto Proarchipiélago, de la Comisión Interministerial para los Recursos del Mar (CIRM). Desde 1998, el programa de la CIRM mantiene habitados a esos peñascos inhóspitos por dos a cuatro personas ‒generalmente geólogos, biólogos, oceanógrafos o meteorólogos‒ que realizan investigaciones en medio de los otros únicos habitantes de esas islas: las aves denominadas mosqueros o atrapamoscas y alcatraces. La actividad científica está al servicio de un objetivo estratégico: según las leyes internacionales, sólo la presencia permanente de ciudadanos brasileños en esas islas le garantiza al país el derecho de explotación de un área de 200 millas náuticas alrededor de ellas ‒es lo que se denomina como zona económica exclusiva o ZEE‒, en una región del Atlántico donde abundan los cardúmenes de pez espada, atún y otros peces de alto valor comercial.

Durante la visita que realizó este año, Campos le mostró las rocas del archipiélago a su colega italiano Daniele Brunelli, de la Universidad de Módena y Reggio Emilia, en Italia, experto en la geología del suelo del Atlántico. “You kill me!” (¡Matame!), exclamó Brunelli a la vista de los peñascos de peridotita, un tipo de roca típica de la parte superior del manto, la región de la Tierra que está ubicada a 6 km debajo del lecho oceánico y cuyas rocas, raramente afloran a la superficie terrestre. Brunelli ya había visto anteriormente ese tipo de rocas en el Atlántico, pero desde la ventana de submarinos, mientras exploraba grietas a más de 4 km de profundidad en el mar. De todas las islas oceánicas del mundo, sólo las de São Pedro y São Paulo están constituidas por rocas que vinieron del manto superior hacia la superficie, y permanecen conectadas al manto.

Entre enero y febrero de 2013, Campos y Brunelli tomaron parte en la Expedición Oceanográfica Colmeia, a bordo del buque francés L’Atalante, como parte de un equipo de científicos europeos y brasileños coordinado por Márcia Maia, geofísica ligada al Centro Nacional de Investigación Científica (CNRS) de Francia. La misión de ese viaje, concebido por Maia y por la oceanógrafa Susanna Sichel, de la Universidad Federal Fluminense (UFF), en Niterói, consistió en mapear cientos de kilómetros del relieve submarino situado en torno al archipiélago, empleando sonares de alta precisión y otros dispositivos geofísicos. A partir de los datos recabados en la expedición, Maia y su equipo creen que han dilucidado el misterio sobre cómo comenzaron a emerger esas islas desde el fondo del mar hace 11 millones de años.

Las conclusiones de este estudio, que fueron presentadas en el mes de julio en la revista Nature Geoscience, resuelven un enigma geológico de casi 200 años. En 1832, el naturalista inglés Charles Darwin fue uno de los primeros exploradores en notar que las rocas de ese archipiélago no eran de origen volcánico, como las de Fernando de Noronha. Al igual que la mayoría de las islas oceánicas del planeta y la base rocosa de los océanos (corteza oceánica), la isla de Fernando de Noronha está formada por capas de rocas con origen en la actividad volcánica, tales como el basalto y el gabro. “A lo largo de todo el siglo XX quedó claro que las rocas de São Pedro y São Paulo eran diferentes y provenían directamente del manto terrestre”, explica Maia. “Pero nadie entendía cómo se habían elevado casi 10 km y aflorado por encima del nivel del mar”, relata la geofísica brasileña.

Luego de graduarse en la Universidad Estadual de Río de Janeiro (UERJ), en 1983, Maia transitó su carrera científica en Francia, estudiando islas y regiones submarinas del Pacífico, del Índico y del Atlántico. La investigadora explica que, mientras que los tramos de la litósfera de los continentes pueden albergar historias de hasta 4.500 millones de años atrás, la litósfera de los océanos se renueva continuamente y tan sólo permite conocer lo que ocurrió en los últimos 200 millones de años.

El Atlántico, por ejemplo, empezó a formarse hace 170 millones de años (lea en Pesquisa FAPESP, edición nº 248). En el interior de la Tierra, cuando las rocas del manto superior alcanzan una temperatura de 1.300ºC, a alrededor de 100 a 200 km debajo de la superficie, éstas se comportan como un fluido viscoso que se desplaza lentamente en el transcurso de millones de años. Ciertos cambios en la corriente de esos fluidos que ocurrieron hace alrededor de 170 millones de años comenzaron a fracturar el interior del supercontinente denominado Pangea, que se separaría en los pedazos que originaron los continentes actuales. Esa ruptura abrió enormes valles en el interior de Pangea. Al ascender hacia la superficie, las rocas del manto sufren una descompresión y se funden parcialmente, dando origen al magma que expelen los volcanes en el centro de esos valles. A medida que el movimiento de las placas tectónicas ensanchaba los valles, el suelo de los mismos quedaba cubierto por las rocas resultantes de la solidificación de ese magma. Con el tiempo, los valles aumentaron de tamaño y terminaron inundándose, generando los océanos.

Este proceso de apertura del Atlántico continúa, con nuevas porciones de corteza oceánica que siguen formándose hasta los días actuales. La actividad volcánica se concentra en la Dorsal Mesoatlántica, una cordillera de volcanes y fallas tectónicas que se extiende de norte a sur del océano y lo divide más o menos al medio (observe la figura). Esa corteza oceánica que se forma allí es lo que hace que la costa brasileña se aleje de la africana a una tasa promedio de 3,4 centímetros por año.

No obstante, el crecimiento de la corteza oceánica no es uniforme. De norte a sur, la Dorsal Mesoatlántica se ve recortada por fallas denominadas transformantes, que desplazan el eje norte-sur de la cordillera hacia el este o hacia el oeste alternadamente. Las mayores fallas transformantes se encuentran en el Atlántico central, donde el eje norte-sur de la dorsal presenta su mayor desplazamiento. El denominado Sistema São Paulo es un conjunto de cuatro fallas que desplazan la Dorsal Mesoatlántica 630 kilómetros hacia el oeste. Las cinco islas de São Pedro y São Paulo son los picos de una cadena montañosa submarina de 3,5 km de alto por 30 km de ancho y 200 km de extensión, ubicada en la falla que está al oeste del Sistema São Paulo. Esa sierra recibió el nombre de elevación Atobá [Alcatraz, en portugués] en honor a las aves locales.

Los sonares de la Expedición Colmeia definieron los contornos de la elevación Atobá, así como de la falla en que se encuentra, como complemento de un trabajo iniciado en 1998 por la primera expedición franco-brasileña. En aquella ocasión, los investigadores emplearon el submarino francés Nautile, el mismo que en 1987 había identificado los restos del Titanic, para explorar el fondo del océano en aquella región. “Fue necesario sumergirse trece veces para elaborar un pequeño perfil de la elevación Atobá y recolectar muestras de rocas”, recuerda Sichel.

Ciertas expediciones submarinas que se habían llevado a cabo durante los años 1980 ya habían detectado una cantidad anormalmente elevada de peridotita en el lecho del Atlántico central, en lugar de las rocas volcánicas que se esperaba encontrar. Por lo general, el lecho oceánico está formado por rocas originarias de las regiones calientes del manto, que, a causa de las grandes temperaturas y la disminución de presión, tal como ocurre a lo largo de la Dorsal Mesoatlántica, se licúan, sufriendo transformaciones, y son expulsadas por las grietas y volcanes sumergidos. La pequeña cantidad de rocas volcánicas que se hallaron en esa región del Atlántico indujo a los científicos a suponer que allí, el manto debería ser más frío que en otros puntos del planeta. Parcialmente mantenidas en estado sólido a causa de esas temperaturas más amenas, esas rocas del manto habrían sido expuestas directamente, cuando las rocas tectónicas abrieron fallas en la corteza oceánica de la región.

La peridotita del manto, más densa que las rocas volcánicas, reduce su densidad al entrar en contacto y reaccionar químicamente con el agua del mar. Con todo, esta disminución de densidad jamás tendría la fuerza suficiente como para alzar la elevación Atobá, comentan los investigadores.

Thomas Campos/ UFRN Grietas visibles a simple vista en una peridotita recogida en el archipiélago: señales de la compresión a la que estuvo sometida la rocaThomas Campos/ UFRN

Perfiles de las profundidades
Los perfiles sísmicos, otros de los datos que pudieron obtenerse en la última expedición, colaboraron para resolver el misterio. Esos perfiles son medidas que indican el modo en que las ondas vibratorias atraviesan las rocas del interior del planeta y permiten tener una idea de cómo están constituidas. Los perfiles sísmicos efectuados en la región del archipiélago revelaron que la elevación Atobá está constituida por peridotita deformada. Allí, las rocas del manto están comprimidas entre dos bloques de corteza oceánica ‒uno al sur y el otro al norte‒ que colisionan frontalmente al mismo tiempo que uno se desliza sobre el otro. Ciertas variaciones en el campo magnético terrestre que se registran en la región, también indican que el núcleo de la elevación Atobá está conformado por rocas del manto poco alteradas por el agua del océano, y permanece conectado a las rocas más profundas.

En conjunto, los perfiles sísmicos y el análisis de la morfología de las fallas permitieron reconstruir la historia de la elevación Atobá. Maia y sus colaboradores sostiene que la falla ubicada al oeste del Sistema São Paulo ya existía hace 38 millones de años y que, hace 11 millones de años, ciertas alteraciones en las fuerzas tectónicas la habrían expandido, exponiendo la peridotita del manto. Casi 1 millón de años después, esas fuerzas tectónicas cambiaron de dirección y pasaron a comprimir la peridotita expuesta, como si fuera manteca apretada entre dos rebanadas de pan. “Las fallas que observamos en los perfiles sísmicos revelan que la roca está siendo empujada hacia arriba”, comenta Maia. “El origen de la elevación es tectónico”.

La científica sostiene que el motor de la compresión que formó la elevación Atobá es la influencia de un punto caliente del manto, situado a 300 kilómetros al norte del Sistema São Paulo, entre la dorsal y la costa oeste de África. Ese punto caliente está asociado a una región de alta temperatura del manto, que habría incrementado la producción de corteza oceánica al norte de la elevación Atobá y garantizado la compresión continua sobre el macizo de peridotita durante los últimos 10 millones de años. “Lo paradójico de la situación es que la elevación del manto que forma el archipiélago de São Pedro y São Paulo no está causada por la temperatura fría del manto de la región, sino por la proximidad de una zona caliente”.

Esa explicación es consistente con las fracturas y la estructura de los granos de rocas que Thomas Campos observa a simple vista y bajo el microscopio en las peridotitas del archipiélago. También coincide con las dataciones que Campos y sus colaboradores realizaron de fósiles marinos hallados en la región. Basándose en esas dataciones, que se publicaron en 2010 en la revista Marine Geology, los peñascos del archipiélago se vienen elevando 1,5 milímetros por año durante los últimos milenios.

Artículo científico
MAIA, M. et al. Extreme mantle uplift and exhumation along a transpressive transform fault. Nature Geoscience. 11 jul. 2016.

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