Enormes estructuras son detectadas cerca del núcleo de la Tierra

Por el momento, los investigadores ignoran su composición y su extensión exacta.

Crédito: Doyeon Kim/Universidad de Maryland.

Geofísicos de la Universidad de Maryland han realizado un examen masivo de ecos sísmicos, ondas de sonido que viajan a través de la Tierra, revelando la existencia de abundantes estructuras heterogéneas —áreas de roca inusualmente densa y caliente— en el límite entre el núcleo fundido y el manto sólido de la Tierra.

Estudios anteriores solo habían conseguido aportar información muy limitada sobre esas estructuras, pero comprender su composición, forma y extensión podría ayudar a entender los procesos geológicos internos que han llevado a la Tierra a ser como es. En ellas, en efecto, podría estar el secreto del funcionamiento de la tectónica de placas y de la evolución de nuestro planeta.

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 solo en unos pocos a la vez, como suele hacerse, hemos obtenido una perspectiva totalmente nueva», explica Doyeon Kim, autora principal del estudio publicado en la revista Science.

«Esto nos muestra que la región límite 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 limitada», agrega.

Ecos de la Tierra

Los terremotos generan ondas sísmicas que viajan miles de kilómetros debajo de la superficie de la Tierra. 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 ecolocalizan 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 (machine learning) llamado Sequencer, los investigadores analizaron 7.000 sismogramas de cientos de terremotos de magnitud 6,5 y y superiores ocurridos en la cuenca del Pacífico entre 1990 y 2018. El Sequencer, desarrollado inicialmente para encontrar patrones en la radiación de estrellas y galaxias distantes, fue capaz de descubrir una gran cantidad de ondas de corte cuando se aplicó a los sismogramas.

«En las ciencias de la Tierra el aprendizaje automático está creciendo rápidamente, y un algoritmo como Sequencer nos permite ser capaces de detectar de forma sistemática los ecos sísmicos y obtener nuevas ideas sobre las estructuras halladas en la base del manto, que hasta ahora han sido un enigma», asegura 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 Lekić, 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 Hawái 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 Hawái es el más grande conocido.

Este estudio también encontró un ULVZ previamente desconocido debajo de las Islas Marquesas. «Nos sorprendió encontrar ahí una tan grande y que ni siquiera sabíamos que existía. Es algo realmente emocionante, porque muestra cómo el algoritmo Sequencer puede ayudarnos a contextualizar los datos de los sismogramas en todo el mundo de una forma que antes no resultaba posible», concluyó Lekić.

Fuente: Universidad de Maryland. Edición: ABC/EP.