Detectan estructuras inesperadas cerca del núcleo de la Tierra

Tras analizar miles de grabaciones de ondas sísmicas, las ondas de sonido que viajan a través de la Tierra, con el fin de identificar los ecos del límite entre el núcleo fundido de nuestro planeta y la capa de manto sólido que se encuentra sobre él, geofísicos de la Universidad de Maryland han descubierto estructuras heterogéneas más extendidas, en concreto áreas de roca extrañamente densas y calientes, justo en el límite entre el núcleo y el manto, que no se conocían hasta la fecha.

Los expertos todavía desconocen la composición de estas estructuras, por lo que se proponen estudiarlas a fondo para entender y analizar los procesos geológicos que suceden a esas profundidades de la Tierra, y que resultan capitales en el análisis de la tectónica de placas y la evolución de nuestro planeta. Algo que la primera vista integral del límite núcleo-manto, con una resolución tan detallada que proporciona este estudio publicado en Science, ayudará a entender mejor.

El estudio analizó con detalle las ondas sísmicas que viajaban bajo la cuenca del Océano Pacífico y los datos revelaron la presencia de una estructura desconocida previamente debajo de las islas volcánicas Marquesas en el Pacífico Sur, así como que la estructura bajo el archipiélago de Hawai era mucho mayor de lo que se creía.

Doyeon Kim, becaria postdoctoral en el Departamento de UMD de Geología y autora principal del artículo ha dicho en un comunicado: “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. 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 estrecha.”

La actividad sísmica genera ondas debajo de la superficie de la Tierra que viajan miles de kilómetros, y cambian de velocidad cuando encuentran cambios en la densidad, temperatura o composición de la roca, se doblan o se dispersan, produciendo ecos que pueden ser detectados y analizados. Los sismómetros pueden analizar las propiedades físicas de las rocas ocultas debajo de la superficie midiendo el tiempo de viaje y la amplitud de estos ecos a medida que llegan.

Hay que recordar que el punto de origen de un terremoto se llama hipocentro y que el punto de la superficie terrestre que se encuentra justo sobre el hipocentro es el epicentro. Los terremotos pueden provocar desde corrimientos de tierras, desplazamientos de la corteza terrestre, pasando por tsunamis hasta actividad volcánica. La escala de Ritcher es la más popular a la hora de medir la energía liberada por un terremoto.

Detalles del estudio y algoritmo Sequencer

Kim y sus compañeros se centraron en analizar las llamadas ondas de corte mientras viajaban a lo largo del límite núcleo-manto. Para ello utilizaron varios sismogramas, o grabaciones de terremotos únicas, para distinguir con precisión los ecos de las ondas de corte difractadas y aislarlos del ruido de fondo.

Para el estudio utilizaron como muestra 7.000 sismogramas de centenares de terremotos de magnitud 6.5 como mínimo, que se registraron  alrededor de la cuenca del Océano Pacífico entre 1990 y 2018, y aplicaron un algoritmo de aprendizaje automático denominado Sequencer,  desarrollado por los coautores del nuevo estudio de la Universidad Johns Hopkins y Tel Aviv Universidad para detectar patrones en la radiación de estrellas y galaxias distantes. Al aplicarlo a los sismogramas detectó gran cantidad de ecos de onda cortante.

Kim afirma que: «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 suponían un enigma por resolver”.

Vedran Lekić, profesor asociado de geología en la UMD y coautor del estudio ha señalado a su vez que: «Encontramos ecos en aproximadamente el 40% de todas las rutas de ondas sísmicas. 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».

El estudio también descubrió un enorme parche de material extremadamente denso y a gran temperatura justo en el límite entre el núcleo y el manto bajo Hawai que produjo ecos especialmente fuertes, lo que demuestra que es mucho más grande de lo que se creía.Estos parches, también conocidos como zonas de ultra baja velocidad (ULVZ), son típicos en las raíces de las plumas volcánicas en las que las rocas calientes se elevan desde la región límite del núcleo-manto para producir islas volcánicas. En este sentido, el ULVZ descubierto debajo de Hawai es el más grande conocido hasta la fecha. Igualmente se ha descubierto otro ULVZ desconocido bajo las Islas Marquesas.

Lekić concluye: «Nos sorprendió encontrar una característica tan grande debajo de las Islas Marquesas que ni siquiera sabíamos que existía antes. Esto es realmente emocionante, porque muestra cómo el algoritmo Sequencer puede ayudarnos a contextualizar los datos del sismograma en todo el mundo de una manera que no podíamos antes».

Referencia

Sequencing seismograms: A panoptic view of scattering in the core-mantle boundary region. D. Kim et al. Science  12 Jun 2020: Vol. 368, Issue 6496, pp. 1223-1228. DOI: 10.1126/science.aba8972