Los científicos ‘ven’ características desconcertantes en el interior de la Tierra

La enigmática área de roca, que se encuentra casi directamente debajo de las islas de Hawái, 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 en NaturalezaComunicacioneses el primero en revelar la compleja variabilidad interna de uno de estos bolsillos en detalle, arrojando luz sobre el paisaje del interior profundo de la Tierra y los procesos que operan dentro de él.

“De todas las características interiores profundas de la Tierra, 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, estudiante de doctorado en el 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 delgada capa exterior: la corteza en la que vivimos. Aunque el manto es roca sólida, está lo suficientemente caliente como para fluir extremadamente lentamente. Estas corrientes de convección interna alimentan calor a la superficie, impulsando el movimiento de las placas tectónicas y alimentando 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.

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. Según el coautor, el Dr. Kuangdai Leng, quien desarrolló los métodos mientras estaba en la Universidad de Oxford, «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». Leng, que actualmente trabaja en el Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología, dice que esto significa que pueden mejorar la resolución de las imágenes en un orden de magnitud en comparación con el trabajo anterior.

Los investigadores 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. 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. «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», dijo la líder del proyecto, la Dra. Sanne Cottaar de Cambridge Earth Sciences.

La investigación también podría ayudar a los científicos a comprender qué se encuentra debajo y da lugar a cadenas volcánicas como las islas de Hawái. Los científicos han 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. Se ha debatido el origen de los volcanes de puntos calientes, 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.

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. Su observación de roca densa y rica en hierro debajo de Hawái respaldaría las observaciones de superficie. «Los basaltos en erupción 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 acumulado en la base debe ser arrastrado a la superficie», dijo 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. «Estas zonas de baja velocidad son una de las características más intrincadas que vemos en profundidades extremas: si ampliamos nuestra búsqueda, es probable que veamos niveles cada vez mayores de complejidad, tanto estructural como química, en el límite entre el núcleo y el manto», dijo. Li.

Ahora planean aplicar sus 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. Eventualmente, esperan mapear el paisaje geológico a través del límite entre el núcleo y el manto y comprender su relación con la dinámica y la historia evolutiva de nuestro planeta.

Referencia:
Zhi Li, Kuangdai Leng, Jennifer Jenkins, Sanne Cottaar. ‘Estructura a escala de un kilómetro en el límite entre el núcleo y el manto cerca de Hawái’. Comunicaciones de la naturaleza (2022), DOI: 10.1038/s41467-022-30502-5