Insólito descubrimiento: estructuras gigantes y desconocidas cerca del centro de la Tierra

Un examen masivo de ecos sísmicos ha revelado abudantes estructuras heterogéneas -áreas de roca inusualmente densa y caliente- en el límite entre el núcleo fundido y el manto sólido de la Tierra.

Los científicos no están seguros de la composición de estas estructuras, y estudios previos solo han proporcionado una visión limitada de ellas. Una mejor comprensión de su forma y extensión puede ayudar a revelar los procesos geológicos que ocurren en las profundidades de la Tierra. Este conocimiento puede proporcionar pistas sobre el funcionamiento de la tectónica de placas y la evolución de nuestro planeta.

La nueva investigación, realizada por geofísicos de la Universidad de Maryland, proporciona la primera vista integral del límite núcleo-manto en un área amplia con una resolución tan detallada. El estudio fue publicado en la edición del 12 de junio de 2020 de la revista Science.

Los investigadores se centraron en los ecos de las ondas sísmicas que viajan por debajo de la cuenca del Océano Pacífico. Su análisis reveló una estructura previamente desconocida debajo de las islas volcánicas Marquesas en el Pacífico Sur y mostró que la estructura debajo de las islas hawaianas es mucho más grande de lo que se sabía previamente.

"Al observar miles de ecos del límite del manto central al mismo tiempo, en lugar de centrarse en unos pocos a la vez, como suele hacerse, hemos obtenido una perspectiva totalmente nueva", dijo en un comunicado Doyeon Kim, becaria postdoctoral en el Departamento de Geología y el autora principal del artículo. "Esto nos muestra que la región límite del núcleo-manto tiene muchas estructuras que pueden producir estos ecos, y eso era algo de lo que no nos habíamos dado cuenta antes porque solo teníamos una visión estrecha.

Los terremotos generan ondas sísmicas debajo de la superficie de la Tierra que viajan miles de millas. Cuando las ondas encuentran cambios en la densidad, temperatura o composición de la roca, cambian de velocidad, se doblan o se dispersan, produciendo ecos que se pueden detectar. Los ecos de las estructuras cercanas llegan más rápido, mientras que los de las estructuras más grandes son más fuertes.

Al medir el tiempo de viaje y la amplitud de estos ecos a medida que llegan a los sismómetros en diferentes lugares, los científicos pueden desarrollar modelos de las propiedades físicas de las rocas ocultas debajo de la superficie. Este proceso es similar a la forma en que los murciélagos se ecolocan para mapear su entorno.

Para este estudio, Kim y sus colegas buscaron ecos generados por un tipo específico de onda, llamada onda de corte, a medida que viaja a lo largo del límite núcleo-manto. En una grabación de un solo terremoto, conocido como sismograma, los ecos de las ondas de corte difractadas pueden ser difíciles de distinguir del ruido aleatorio. Pero mirar muchos sismogramas de muchos terremotos a la vez puede revelar similitudes y patrones que identifican los ecos ocultos en los datos.

Utilizando un algoritmo de aprendizaje automático llamado Sequencer, los investigadores analizaron 7.000 sismogramas de cientos de terremotos de magnitud 6,5 y mayores que ocurrieron alrededor de la cuenca del Océano Pacífico desde 1990 hasta 2018. El secuenciador fue desarrollado por los coautores del nuevo estudio de la Universidad Johns Hopkins y Tel Aviv Universidad para encontrar patrones en la radiación de estrellas y galaxias distantes. Cuando se aplica a los sismogramas de terremotos, el algoritmo descubrió una gran cantidad de ecos de onda cortante.

"El aprendizaje automático en ciencias de la tierra está creciendo rápidamente y un método como Sequencer nos permite ser capaces de detectar sistemáticamente los ecos sísmicos y obtener nuevas ideas sobre las estructuras en la base del manto, que se han mantenido enigmáticas", dijo Kim.

El estudio reveló algunas sorpresas en la estructura del límite núcleo-manto.

"Encontramos ecos en aproximadamente el 40% de todas las rutas de ondas sísmicas", dijo Vedran Lekic, profesor asociado de geología en la UMD y coautor del estudio. "Eso fue sorprendente porque esperábamos que fueran más raros,y lo que eso significa es que las estructuras anómalas en el límite núcleo-manto están mucho más extendidas de lo que se pensaba".

Los científicos descubrieron que el gran parche de material muy denso y caliente en el límite entre el núcleo y el manto debajo de Hawai produjo ecos excepcionalmente fuertes, lo que indica que es incluso más grande que las estimaciones anteriores. Conocidos como zonas de velocidad ultrabaja (ULVZ), estos parches se encuentran en las raíces de las plumas volcánicas, donde la roca caliente se eleva desde la región límite del núcleo-manto para producir islas volcánicas. El ULVZ debajo de Hawai es el más grande conocido.

Este estudio también encontró un ULVZ previamente desconocido debajo de las Islas Marquesas."Nos sorprendió encontrar una característica tan grande debajo de las Islas Marquesas que ni siquiera sabíamos que existía antes", dijo Lekic.