Modelos de alta resolución revelan el funcionamiento del manto terrestre
Geofísicos de la ETH de Zúrich utilizan modelos del manto inferior para identificar zonas en las que las ondas sísmicas se comportan de forma diferente a lo que se suponía hasta ahora. Esto indica la presencia de zonas de rocas más frías o con una composición diferente a la de las rocas circundantes.
Este hallazgo desafía nuestra actual comprensión de la tectónica de placas de la Tierra y plantea un gran misterio a los investigadores.
Nadie puede ver el interior de la Tierra, ni perforar lo suficientemente profundo como para tomar muestras de rocas del manto, la capa entre el núcleo de la Tierra y la capa más externa y rígida, la litosfera, o medir allí la temperatura y la presión. Por eso los geofísicos utilizan métodos indirectos para ver qué sucede en las profundidades bajo nuestros pies.
Por ejemplo, utilizan sismogramas, o registros de terremotos, para determinar la velocidad a la que se propagan las ondas sísmicas. A continuación, utilizan esta información para calcular la estructura interna de la Tierra. Esto es muy similar a cómo usan los médicos la ecografía para obtener imágenes de órganos, músculos o venas dentro del cuerpo sin abrirlos.
Así es como funciona: cuando la Tierra tiembla, las ondas sísmicas se propagan desde el epicentro en todas direcciones y, en su recorrido por la Tierra, se refractan, difractan o reflejan. La velocidad a la que se propagan las ondas depende del tipo de onda, pero también de la densidad y elasticidad del material a través del cual pasan las ondas.
Las estaciones sismográficas registran estas diferentes ondas y, a partir de estos registros, los geofísicos pueden sacar conclusiones sobre la estructura y composición de la Tierra y examinar los procesos que tienen lugar en su interior.
Utilizando registros sísmicos, los científicos de la Tierra determinaron la posición de las placas tectónicas sumergidas a lo largo del manto de la Tierra. Siempre los encontraron donde esperaban que estuvieran: en un área conocida como zona de subducción, donde dos placas se encuentran y una se subduce debajo de la otra hacia el interior de la Tierra. Esto ha ayudado a los científicos a investigar el ciclo de las placas tectónicas, es decir, el surgimiento y destrucción de las placas en la superficie de la Tierra, a lo largo de la historia de nuestro planeta.
Imagen derecha: Distribución global de estaciones sísmicas, ubicaciones de receptores y anomalías de velocidad de las ondas sísmicas utilizadas para construir el modelo FWI REVEAL. Crédito: Scientific Reports (2024). DOI: 10.1038/s41598-024-77399-2
Restos de placas donde no debería haberlos
Un equipo de geofísicos de la Escuela Politécnica Federal de Zúrich y del Instituto Tecnológico de California ha hecho un sorprendente descubrimiento: con un nuevo modelo de alta resolución han descubierto más zonas en el interior de la Tierra que parecen restos de placas sumergidas.
Sin embargo, no se encuentran donde se esperaban, sino bajo grandes océanos o en el interior de los continentes, lejos de los límites de las placas. Tampoco hay evidencia geológica de subducción en el pasado.
Lo novedoso de su método de modelado es que los investigadores de la ETH no utilizan sólo un tipo de onda sísmica para estudiar la estructura del interior de la Tierra, sino todas ellas. Los expertos denominan a este procedimiento inversión de la forma de onda completa. Esto hace que el modelo requiera un gran esfuerzo computacional, por lo que los investigadores utilizaron el superordenador Piz Daint del CSCS en Lugano.
¿Existe un mundo perdido bajo el océano Pacífico?
"Al parecer, estas zonas en el manto terrestre están mucho más extendidas de lo que se creía", afirma Thomas Schouten, primer autor y estudiante de doctorado en el Instituto Geológico de la ETH de Zúrich.
Una de las zonas recién descubiertas se encuentra bajo el Pacífico occidental. Sin embargo, según las teorías y los actuales conocimientos sobre la tectónica de placas, no debería haber allí material procedente de placas subducidas, ya que es imposible que en la historia geológica reciente hubiera habido zonas de subducción en las cercanías.
Los investigadores no saben con certeza de qué material se trata ni qué implicaciones tendría eso para la dinámica interna de la Tierra. "Ése es nuestro dilema. Con el nuevo modelo de alta resolución, podemos ver esas anomalías en todas partes del manto terrestre, pero no sabemos exactamente qué son ni qué material está creando los patrones que hemos descubierto".
Es como un médico que lleva décadas examinando la circulación sanguínea con ultrasonidos y encuentra las arterias exactamente donde las espera, explica el profesor de la ETH Andreas Fichtner. "Si le damos un nuevo y mejor instrumento de exploración, de repente ve una arteria en el glúteo que en realidad no debería estar ahí. Así es exactamente como nos sentimos con los nuevos hallazgos", explica el físico de ondas, que desarrolló el modelo en su grupo y escribió el código.
Imagen derecha: Diferencia entre los sismogramas calculados para REVEAL con y sin la anomalía sísmica debajo del océano Pacífico. Crédito: Scientific Reports (2024). DOI: 10.1038/s41598-024-77399-2
Extrayendo más información de las ondas
Hasta ahora, los investigadores sólo pueden especular. "Creemos que las anomalías en el manto inferior tienen diversos orígenes", afirma Schouten. Cree que es posible que no se trate simplemente de material de placas frías que se ha subducido en los últimos 200 millones de años, como se suponía anteriormente.
"Podría tratarse de material antiguo, rico en sílice, que ha estado allí desde la formación del manto hace unos 4.000 millones de años y ha sobrevivido a pesar de los movimientos convectivos en el manto, o de zonas donde se acumulan rocas ricas en hierro como consecuencia de estos movimientos del manto durante miles de millones de años", señala.
Para el estudiante de doctorado, esto significa sobre todo que se necesita más investigación con modelos aún mejores para ver más detalles del interior de la Tierra.
"Las ondas que utilizamos para el modelo sólo representan, en esencia, una propiedad: la velocidad a la que se propagan por el interior de la Tierra", explica el geocientífico. Sin embargo, esto no refleja el complejo interior de la Tierra.
"Tenemos que calcular los diferentes parámetros materiales que podrían generar las velocidades observadas de los diferentes tipos de ondas. Básicamente, tenemos que profundizar en las propiedades materiales que se encuentran detrás de la velocidad de las ondas", dice Schouten.
Este estudio fue publicado recientemente en la revista Scientific Reports: Full-waveform inversion reveals diverse origins of lower mantle positive wave speed anomalies
