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Científicos logran «ver» estructura de escala kilométrica en el límite entre el núcleo y el manto de la Tierra

Una nueva investigación dirigida por la Universidad de Cambridge es la primera en tomar una imagen detallada de una bolsa de roca inusual en la capa límite con el núcleo de la Tierra, a unos tres mil kilómetros debajo de la superficie.

La enigmática área de roca, que se encuentra casi directamente debajo de las islas hawaianas, es una de varias zonas de velocidad ultrabaja —llamada así porque las ondas sísmicas se vuelven lentas a medida que pasan a través de ellas—.

La investigación, publicada esta semana en Nature Communications, es la primera en revelar en detalle la compleja variabilidad interna de uno de estos bolsillos, arrojando luz sobre el paisaje del interior profundo de la Tierra y los procesos que operan dentro de él.

«De todas las características intraterrestres, estas son las más fascinantes y complejas. Ahora tenemos la primera evidencia sólida que muestra su estructura interna: es un hito real en la sismología de la tierra profunda», dijo el autor principal Zhi Li, Ph.D., estudiante del Departamento de Ciencias de la Tierra de Cambridge.

El interior de la Tierra tiene capas como una cebolla: en el centro se encuentra el núcleo de hierro y níquel, rodeado por una capa gruesa conocida como manto, y encima de eso una capa exterior delgada —la corteza en la que vivimos—. Aunque el manto es roca sólida, está lo suficientemente caliente como para fluir de una manera extremadamente lenta. Estas corrientes de convección interna alimentan con calor a la superficie, impulsando el movimiento de las placas tectónicas y nutriendo las erupciones volcánicas.

Los científicos utilizan las ondas sísmicas de los terremotos para ver debajo de la superficie de la Tierra; los ecos y las sombras de estas ondas revelan imágenes similares a las de un radar de la topografía interior profunda. Pero hasta hace poco, las imágenes de las estructuras en el límite entre el núcleo y el manto —un área de interés clave para estudiar el flujo de calor interno de nuestro planeta— han sido granulosas y difíciles de interpretar.

Sección transversal que corta el centro de la zona de velocidad ultrabaja de Hawái.

Ahora, los investigadores utilizaron los últimos métodos de modelado numérico para revelar estructuras a escala de kilómetros en el límite entre el núcleo y el manto.

«Realmente estamos superando los límites de la computación moderna de alto rendimiento para las simulaciones elastodinámicas, aprovechando las simetrías de onda que antes no se notaban o no se usaban», dijo el Dr. Kuangdai Leng, quien desarrolló los métodos mientras estaba en la Universidad de Oxford y actualmente trabaja en el Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología.

Observaron una reducción del 40 % en la velocidad de las ondas sísmicas que viajaban en la base de la zona de velocidad ultrabaja debajo de Hawái. Según los autores, esto respalda las propuestas existentes de que la zona contiene mucho más hierro que las rocas circundantes, lo que significa que es más densa y lenta.

Dibujos conceptuales de la estructura de la zona de velocidad ultrabaja hawaiana (ULVZ).

«Es posible que este material rico en hierro sea un remanente de rocas antiguas de la historia temprana de la Tierra o incluso que el hierro se esté escapando del núcleo por un medio desconocido», acotó la líder del proyecto, la Dra. Sanne Cottaar de la Universidad de Cambridge.

La nueva investigación también podría ayudar a los científicos a comprender qué se encuentra debajo y da lugar a cadenas volcánicas como las islas de Hawái. De hecho, se ha comenzado a notar una correlación entre la ubicación de los volcanes de punto de acceso con nombres descriptivos, que incluyen Hawái e Islandia, y las zonas de velocidad ultrabaja en la base del manto.

El origen de los volcanes de punto caliente ha sido ampliamente debatido, pero la teoría más popular sugiere que las estructuras similares a penachos traen material del manto caliente desde el límite entre el núcleo y el manto hasta la superficie.

Este boceto muestra el frente de onda propagándose a través de una zona cilíndrica de ultra baja velocidad (ULVZ, rojo) de 900  km de diámetro, causando retrasos en los post cursores Sdiff de período largo (azul) y período corto (cian).

Con imágenes de la zona de velocidad ultrabaja debajo de Hawái ahora disponibles, el equipo también puede recopilar evidencia física rara de lo que probablemente sea la raíz de la columna que alimenta a Hawái. La observación de roca densa y rica en hierro respaldaría las observaciones de superficie: «Los basaltos que brotan de Hawái tienen firmas isotópicas anómalas que podrían apuntar a un origen de la Tierra primitiva o a una fuga en el núcleo, lo que significa que parte de este material denso se acumuló en la base debe ser arrastrada a la superficie», explicó Cottaar.

Ahora es necesario obtener imágenes de más del límite entre el núcleo y el manto para comprender si todos los puntos calientes de la superficie tienen una bolsa de material denso en la base. Dónde y cómo se puede enfocar el límite entre el núcleo y el manto depende de dónde ocurren los terremotos y dónde se instalan los sismómetros para registrar las olas.

Las observaciones del equipo se suman a un creciente cuerpo de evidencia de que el interior profundo de la Tierra es tan variable como su superficie. Lo próximo será aplicar estas nuevas técnicas para mejorar la resolución de las imágenes de otros bolsillos en el límite entre el núcleo y el manto, así como para mapear nuevas zonas.

Fuente: CAM/Phys.org. Edición: MP.

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