Por Troy Oakes
ealicemos Run viaje a las profundidades de la Tierra, a través de la corteza y el manto casi hasta el núcleo.
Usaremos ondas sísmicas para mostrar el camino, ya que resuenan a través del planeta después de un terremoto y revelan su estructura interna como ondas de radar.
Algo importante a saber es que cerca del núcleo, hay zonas donde las ondas sísmicas se ralentizan y avanzan lentamente.
Una nueva investigación de la Universidad de Utah encuentra que estas enigmáticas y descriptivamente nombradas zonas de velocidad ultrabaja están sorprendentemente estratificadas.
El modelado sugiere que es posible que algunas de estas zonas sean restos de los procesos que dieron forma a la Tierra primitiva, restos de mezcla incompleta como grumos de harina en el fondo de un tazón de masa.
Michael S. Thorne, profesor asociado en el Departamento de Geología y Geofísica, dijo:
«De todas las características que conocemos en el manto profundo, las zonas de velocidad ultra baja representan lo que probablemente sea la más extrema.
De hecho, estas son algunas de las características más extremas que se encuentran en cualquier parte del planeta».
El estudio se publicó en Nature Geoscience y está financiado por la National Science Foundation.
En el manto
Repasemos cómo está estructurado el interior de la Tierra. Vivimos en la corteza, una fina capa de roca sólida.
Entre la corteza y el núcleo de hierro-níquel en el centro del planeta está el manto. No es un océano de lava, sino que es más como roca sólida, pero caliente y con una capacidad de movimiento que impulsa las placas tectónicas de la tierra a la superficie.
¿Cómo podemos tener alguna idea de lo que está pasando en el manto y el núcleo?
Esto es fácil de responder: a través de Ondas sísmicas. A medida que se propagan en la Tierra después de un terremoto, los científicos en la superficie pueden medir cómo y cuándo llegan las ondas a las estaciones de monitoreo de todo el mundo.
A partir de esas mediciones, pueden volver a calcular cómo las ondas fueron reflejadas y desviadas por estructuras dentro de la Tierra, incluidas capas de diferentes densidades. Así es como sabemos dónde están los límites entre la corteza, el manto y el núcleo –y en parte cómo sabemos de qué están hechos.
Las zonas de velocidad ultra baja se encuentran en la parte inferior del manto, sobre el núcleo externo de metal líquido.
En estas áreas, las ondas sísmicas disminuyen hasta la mitad, y la densidad aumenta en un tercio.
Los científicos inicialmente pensaron que estas zonas eran áreas donde el manto estaba parcialmente derretido, y podrían ser la fuente de magma para las llamadas regiones volcánicas de «punto caliente» como Islandia.
Thorne dijo:
«Pero la mayoría de las cosas que llamamos zonas de velocidad ultrabaja no parecen estar ubicadas debajo de los volcanes de puntos calientes, por lo que esa no puede ser toda la historia».
Así que Thorne, el académico postdoctoral Surya Pachhai y sus colegas de la Universidad Nacional de Australia, la Universidad Estatal de Arizona y la Universidad de Calgary se propusieron explorar una hipótesis alternativa: que las zonas de velocidad ultrabaja pueden ser regiones hechas de rocas diferentes al resto del manto, y que su composición puede remontarse a la Tierra primitiva.
Tal vez, dice Thorne, las zonas de velocidad ultra baja podrían ser colecciones de óxido de hierro, que vemos como óxido en la superficie, pero que puede comportarse como un metal en el manto profundo.
Si ese es el caso, las bolsas de óxido de hierro justo fuera del núcleo podrían influir en el campo magnético de la Tierra que se genera justo debajo.
Pachhai dijo:
«Las propiedades físicas de las zonas de velocidad ultrabaja están vinculadas a su origen, lo que a su vez proporciona información importante sobre el estado térmico y químico, la evolución y la dinámica del manto más bajo de la Tierra, una parte esencial de la convección del manto que impulsa la tectónica de placas».
Ondas sísmicas de ingeniería inversa
Para obtener una imagen clara, los investigadores estudiaron zonas de velocidad ultrabaja debajo del Mar de Coral, entre Australia y Nueva Zelanda. Es un lugar ideal debido a la abundancia de terremotos en el área que proporcionan una imagen sísmica de alta resolución del límite núcleo-manto.
La esperanza era que las observaciones de alta resolución pudieran revelar más sobre cómo se juntan las zonas de velocidad ultrabaja.
Obtener una imagen sísmica de algo a través de casi 1800 millas de corteza y manto no es fácil. Tampoco siempre es concluyente: una capa gruesa de material de baja velocidad podría reflejar las ondas sísmicas de la misma manera que una capa delgada de material de velocidad aún más baja. Así que el equipo utilizó un enfoque de ingeniería inversa.
Pachhai dijo:
«Podemos crear un modelo de la Tierra que incluya reducciones de velocidad de onda ultrabaja, y luego ejecutar una simulación por computadora que nos diga cómo se verían las formas de onda sísmicas si así es como se veía realmente la Tierra.
Nuestro siguiente paso es comparar esas grabaciones predichas con las grabaciones que realmente tenemos».
A lo largo de cientos de miles de ejecuciones de modelos, el método, llamado «inversión bayesiana», produce un modelo matemáticamente robusto del interior con una buena comprensión de las incertidumbres y compensaciones de diferentes suposiciones en el modelo.
Una pregunta particular que los investigadores querían responder es si hay estructuras internas, como capas, dentro de zonas de velocidad ultra baja.
La respuesta, según los modelos, es que las capas son altamente probables. Esto es un gran problema, porque muestra el camino para entender cómo surgieron estas zonas.
Pachhai declaró:
«Hasta donde sabemos, este es el primer estudio que utiliza un enfoque bayesiano de este tipo a este nivel de detalle para investigar zonas de velocidad ultrabaja, y también es el primer estudio que demuestra capas fuertes dentro de una zona de velocidad ultrabaja».
Mirando hacia atrás a los orígenes de la Tierra primitiva
¿Qué significa que hay capas probables?
Hace más de 4 mil millones de años, mientras que el hierro denso se hundía en el núcleo de la Tierra primitiva y los minerales más ligeros flotaban en el manto, un objeto planetario del tamaño de Marte podría haberse estrellado contra la Tierra primitiva.
La colisión probablemente arrojó escombros a la órbita de la Tierra que podrían haber formado más tarde la Luna. También elevó significativamente la temperatura de la Tierra primitiva, como se podría esperar de dos planetas que se estrellan entre sí.
Pachhai dijo:
«Como resultado, se formó un gran cuerpo de material fundido, conocido como océano de magma».
El «océano» habría consistido en roca, gases y cristales suspendidos en el magma. Este se habría resuelto a sí mismo a medida que se enfriaba, con materiales densos que se hundían y se superponían en capas en el fondo del manto.
Durante los siguientes miles de millones de años, a medida que el manto se agitaba y conveía, la capa densa habría sido empujada en pequeños parches, apareciendo como las zonas de velocidad ultrabaja en capas que vemos hoy.
Pachhai dijo:
«Así que el hallazgo principal y más sorprendente es que las zonas de velocidad ultrabaja no son homogéneas, sino que contienen fuertes heterogeneidades (variaciones estructurales y de composición) dentro de ellas.
Este hallazgo cambia nuestra visión sobre el origen y la dinámica de las zonas de velocidad ultrabaja. Descubrimos que este tipo de zona de velocidad ultrabaja puede explicarse por las heterogeneidades químicas creadas al comienzo de la historia de la Tierra y que todavía no están bien mezcladas después de 4.500 millones de años de convección del manto».
No es la última palabra
El estudio proporciona alguna evidencia de los orígenes de algunas zonas de velocidad ultrabaja, aunque también hay evidencia que sugiere diferentes orígenes para otras, como el derretimiento de la corteza de los océanos que se está hundiendo de nuevo en el manto.
Pero si al menos algunas zonas de velocidad ultrabaja son restos de la Tierra primitiva, preservan parte de la historia del planeta que de otro modo se hubiera perdido.
Pachhai dijo:
«Por lo tanto, nuestro descubrimiento proporciona una herramienta para comprender el estado térmico y químico inicial del manto de la Tierra, y su evolución a largo plazo»
Proporcionado por: Universidad de Utah.
