Agua en el manto: un océano oculto bajo nuestros pies exprés
Muy por debajo de nosotros, a cientos de kilómetros de profundidad, hay una capa que sabe absorber agua como una esponja. Los minerales que la componen —wadsleyita y ringwoodita— pueden retener en su red cristalina hasta un 1–2% de agua en peso. Esto significa que en la zona de transición del manto (entre 410 y 660 km) podría haber escondida más agua que en todos los océanos de la superficie. Pero, ¿está realmente llena esta esponja?
Los autores del nuevo estudio han construido un modelo informático para seguir el destino del agua en esta capa. Combinaron la física del manto sólido, la química de los minerales y los flujos de calor. El modelo mostró que el agua que llega a la zona de transición no permanece allí como un peso muerto. Hace la roca más ligera, y esta comienza a ascender lentamente, a velocidades de centímetros por año, pero de forma implacable. Tras decenas de millones de años, esta «pluma húmeda» alcanza el límite donde la wadsleyita se transforma en olivino, y es entonces cuando el agua se libera.
El agua liberada reduce la temperatura de fusión de la roca, y se forman gotas de fundido. Son más ligeras que el manto circundante, por lo que continúan ascendiendo, esta vez más rápido, filtrándose entre los granos sólidos o flotando como «burbujas» individuales. Un proceso similar ocurre también en el límite inferior de la zona de transición: desde arriba descienden frías losas (placas oceánicas que se hunden), que también transportan agua. A unos 660 km de profundidad se calientan, el agua sale, y los fundidos ligeros inician su viaje de regreso hacia arriba.
Así, la zona de transición no es un almacén, sino un punto de tránsito. El agua permanece allí entre 80 y 430 millones de años, y en cada momento hay poca: menos del 0,1% en peso, es decir, menos de una quinta parte de la masa de los océanos actuales. Pero esto es suficiente para regular el nivel de agua en la superficie. Si el océano se vuelve poco profundo, el manto libera algo de humedad a través de los volcanes; si hay demasiada agua, parte se hunde con las placas. Este sistema de termostato podría funcionar también en otros planetas rocosos, ayudándoles a conservar océanos durante miles de millones de años.
Resumen original
tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2602.13820
The spinel phase (wadsleyite, ringwoodite) in the mantle transition zone (MTZ), can contain up to 1-2 weight percent of water. However, whether these water reservoirs in the MTZ are filled is debated. Here, we investigate water dynamics in the MTZ numerically by using a newly developed empirical model of deep hydrous mantle melting combined with 2D thermo-hydro-mechanical-chemical (THMC) upper mantle models. Numerical modeling results suggest that water-induced buoyancy triggers the development of hydrous solid-state mantle upwellings in the MTZ. On time scales of some tens of millions of years, they rise to and interact with the spinel-olivine phase transition. Depending on the water content and temperature of these thermal-chemical plumes, this crossing may trigger hydrous melting by water release from the wadsleyite upon its conversion to olivine. The melts are less dense than the solid matrix and continue rising upward in the form of either diapirs or porosity waives. Similar dehydration-induced melting process3 is also documented for the lower MTZ boundary, where hydrous downwellings (such as subducted slabs) generate buoyant melt diapirs rising through the MTZ. We therefore suggest that the MTZ operates as a transient water reservoir. Relatively small amounts of water (less than 0.1 weight percent, smaller than 0.2 ocean masses) and a geologically moderate duration (80-430 Myr) of the transient water storage should be characteristic for the MTZ, which may play a key role in stabilizing the surface ocean mass on Earth and Earth-like rocky exoplanets.
La zona de transición del manto contiene minerales que, a una presión de 130 000 atmósferas (como el peso de 1300 elefantes sobre un centímetro cuadrado), reestructuran su red cristalina y pueden absorber agua en su interior, en cantidades comparables al volumen de varios océanos.
En la novela de Julio Verne «Viaje al centro de la Tierra», los héroes encuentran un océano subterráneo: nuestro modelo muestra que el agua realmente puede esconderse en el manto, solo que no en forma de mar, sino dentro de los cristales.