Tiene importantes implicaciones para el ciclo global del agua
La cantidad de agua que ingresa a la Tierra parece exceder en gran medida la cantidad de agua que sale
Las colisiones a cámara lenta de las placas tectónicas debajo del océano arrastran aproximadamente tres veces más agua hacia la Tierra profunda de lo que se había estimado previamente, según un estudio sísmico único en su tipo que abarca la Fosa de las Marianas.
Las observaciones desde la fosa oceánica más profunda del mundo tienen importantes implicaciones para el ciclo global del agua, según investigadores en Artes y Ciencias de la Universidad de Washington en St. Louis.
"La gente sabía que las zonas de subducción podían bajar el agua hacia el interior, pero no sabían cuánta agua", dijo Chen Cai, quien recientemente completó sus estudios de doctorado en la Universidad de Washington. Cai es el primer autor del estudio publicado en la edición del 15 de noviembre de la revista Nature.
"Esta investigación muestra que las zonas de subducción mueven mucha más agua hacia el interior profundo de la Tierra, muchas millas por debajo de la superficie, de lo que se pensaba anteriormente", dijo Candace Major, un director del programa en la División de Ciencias Oceánicas de la Fundación Nacional de Ciencias, que financió el estudio. "Los resultados resaltan el importante papel de las zonas de subducción en el ciclo del agua de la Tierra".
"Las estimaciones anteriores varían ampliamente en la cantidad de agua que se subduce a más de 60 millas", dijo Doug Wiens, Profesor Distinguido Robert S. Brookings en Ciencias de la Tierra y Planetarias en Artes y Ciencias y asesor de investigación de Cai para el estudio. "La principal fuente de incertidumbre en estos cálculos fue el contenido inicial de agua del manto superior subducido".
Para llevar a cabo este estudio, los investigadores escucharon durante más de un año tremores de la Tierra, desde ruido ambiental hasta terremotos reales, utilizando una red de 19 sismógrafos pasivos del fondo oceánico desplegados en la Fosa de las Marianas, junto con siete sismógrafos basados en islas. La fosa es donde la placa del Océano Pacífico occidental se desliza bajo de la placa de las Marianas y se hunde profundamente en el manto de la Tierra a medida que las placas convergen lentamente.
Las nuevas observaciones sísmicas pintan una imagen más matizada de la placa del Pacífico que se dobla hacia la fosa, resolviendo su estructura tridimensional y rastreando las velocidades relativas de los tipos de roca que tienen diferentes capacidades para retener el agua.
La roca puede atrapar y retener el agua de varias maneras.
El agua de los océanos sobre la placa desciende hacia la corteza terrestre y el manto superior a lo largo de las líneas de falla que unen el área donde las placas chocan y se doblan. Entonces queda atrapada. En ciertas condiciones de temperatura y presión, las reacciones químicas obligan al agua a tomar una forma no líquida como minerales hidratados (rocas húmedas) que bloquean el agua en la roca en la placa geológica. Mientras tanto, la placa continúa arrastrándose cada vez más profundamente en el manto de la Tierra, llevándose el agua con ella.
Estudios previos en zonas de subducción como la Fosa de las Marianas han observado que la placa de subducción podría contener agua. Pero no pudieron determinar cuánta agua contenía y cuán profunda era.
"Las convenciones anteriores se basaron en estudios de fuentes activas, que solo pueden mostrar las 3 o 4 millas principales en la placa entrante", dijo Cai.
Se refería a un tipo de estudio sísmico que utiliza ondas de sonido creadas con el disparo de una pistola de aire a bordo de un barco de investigación oceánica para crear una imagen de la estructura de roca subsuperficial.
"No pudieron ser muy precisos acerca de qué tan gruesa es, o qué tan hidratada está", dijo Cai. "Nuestro estudio intentó restringir eso. Si el agua puede penetrar más profundamente en la placa, puede permanecer allí y descender a profundidades más grandesgrandes".
Las imágenes sísmicas que obtuvieron Cai y Wiens muestran que el área de roca hidratada en la Fosa de las Marianas se extiende casi 20 millas por debajo del lecho marino, mucho más profunda de lo que se pensaba.
Es considerable la cantidad de agua que puede mantenerse en este bloque de roca hidratada.
Solo para la región de la Fosa de las Marianas, cuatro veces más subductos de agua que los calculados previamente. Estas características se pueden extrapolar para predecir las condiciones en otras fosas oceánicas de todo el mundo.
"Si de manera similar otras placas subducidas viejas y frías contienen gruesas capas de manto hidratado, entonces las estimaciones del flujo global de agua hacia el manto a profundidades mayores a 60 millas deben incrementarse en un factor de aproximadamente tres", dijo Wiens.
Y para el agua en la Tierra, lo que baja debe subir. Los niveles del mar se han mantenido relativamente estables a lo largo del tiempo geológico, variando en menos de 1.000 pies (unos 300 metros). Esto significa que toda el agua que desciende hacia la Tierra en las zonas de subducción debe volver a subir, y no acumularse continuamente dentro de la Tierra.
Los científicos creen que la mayor parte del agua que cae en las fosas regresa de la Tierra a la atmósfera como vapor de agua cuando los volcanes estallan a cientos de kilómetros de distancia. Pero con las estimaciones revisadas de agua del nuevo estudio, la cantidad de agua que ingresa a la Tierra parece exceder en gran medida la cantidad de agua que sale.
"Las estimaciones de agua que regresa a través del arco volcánico son probablemente muy inciertas", dijo Wiens, quien espera que este estudio aliente a otros investigadores a reconsiderar sus modelos de cómo regresa el agua de la Tierra. "Este estudio probablemente causará alguna reevaluación".
Más allá de la Fosa de las Marianas, Wiens, junto con un equipo de otros científicos, desplegó recientemente una red sísmica similar en alta mar en Alaska para considerar allí cómo se mueve el agua hacia la Tierra.
"¿La cantidad de agua varía sustancialmente de una zona de subducción a otra, según el tipo de falla que tenga cuando la placa se doble?", preguntó Wiens. "Se ha sugerido eso en Alaska y en América Central. Pero, sin embargo, nadie ha visto la estructura más profunda como pudimos hacer en la Fosa de las Marianas".
Artículo científico: Water input into the Mariana subduction zone estimated from ocean-bottom seismic data
