Descubren montañas a 660 km en el interior de la Tierra analizando el segundo terremoto más grande jamás registrado

En un estudio publicado esta semana en la revista científica Science, los geofísicos Jessica Irving y Wenbo Wu de la Universidad de Princeton, en colaboración con Sidao Ni del Instituto de Geodesia y Geofísica en China, utilizaron datos de un enorme terremoto ocurrido en 1994 en Bolivia para descubrir montañas y una extraordinaria topografía en la base de la zona de transición, una capa de 660 kilómetros por debajo de la superficie terrestre, que separa el manto superior del inferior. (Al carecer de un nombre formal para esta capa, los investigadores simplemente lo llaman "el límite de 660 km".)

Para mirar profundamente en la Tierra, los científicos usan las ondas sísmicas más poderosas del planeta, generadas por terremotos masivos. "Quieres un gran terremoto para que todo el planeta se estremezca", dijo Irving, profesor asistente de geociencias .

"Los grandes terremotos son mucho más poderosos que los pequeños: la energía aumenta 30 veces más con cada escalón en la escala de Richter, y los terremotos profundos, en lugar de desperdiciar su energía en la corteza, puede hacer que todo el manto siga funcionando", dijo Irving. Ella obtiene su mejor información de los terremotos de magnitud 7.0 o superior, dijo, ya que las ondas de choque que envían en todas las direcciones pueden viajar a través del núcleo terrestre hacia el otro lado del planeta, y viceversa. Para este estudio, los datos clave provinieron de ondas sísimicas recogidas después de un terremoto de magnitud 8.2, el segundo terremoto más grande jamás registrado, que sacudió a Bolivia en 1994.

"Los terremotos tan grandes no aparecen muy a menudo. Tenemos suerte ahora que disponemos de muchos más sismómetros que hace 20 años. La sismología es un campo diferente de lo que era hace 20 años, entre instrumentos y recursos computacionales".

Los sismólogos y científicos de datos usan computadoras potentes, incluido el grupo de supercomputadoras Tiger de Princeton, para simular el complicado comportamiento de las ondas dispersas en la Tierra profunda.

La tecnología depende de una propiedad fundamental de las ondas: su capacidad para doblarse y rebotar. Al igual que las ondas de luz pueden rebotar (reflejarse) en un espejo o doblarse (refractarse) cuando pasan a través de un prisma, las ondas sísmicas viajan directamente a través de rocas homogéneas, pero se reflejan o refractan cuando se encuentran con algún límite o rugosidad.

"Sabemos que casi todos los objetos tienen asperezas en la superficie y, por lo tanto, dispersan la luz", dijo Wu, el autor principal del nuevo artículo, quien acaba de completar su doctorado en geociencias. y ahora es un investigador postdoctoral en el Instituto de Tecnología de California. “Es por eso que podemos ver estos objetos: las ondas dispersas llevan la información sobre la rugosidad de la superficie. En este estudio, investigamos las ondas sísmicas dispersas que viajan dentro de la Tierra para limitar la rugosidad del límite de 660 km de la Tierra".

Los investigadores se sorprendieron por lo áspero que es ese límite: más áspera que la capa superficial en la que todos vivimos. "En otras palabras, una topografía más fuerte que las Montañas Rocosas o los Apalaches está presente en el límite de 660 km", dijo Wu. Su modelo estadístico no permitió determinaciones de altura precisas, pero existe la posibilidad de que estas montañas sean más grandes que cualquier otra en la superficie de la Tierra. La rugosidad no estaba distribuida igualmente; al igual que la superficie de la corteza tiene fondos, como los fondos oceánicos lisos, y montañas masivas, el límite de 660 km tiene áreas ásperas y parches lisos. Los investigadores también examinaron una capa 410 kilómetros hacia abajo, en la parte superior de la "zona de transición" del manto medio, y no encontraron una rugosidad similar.

"Encuentran que las capas profundas de la Tierra son tan complicadas como lo que observamos en la superficie", dijo la sismóloga Christine Houser, profesora asistente del Instituto de Tecnología de Tokio que no participó en esta investigación. “Encontrar cambios de elevación de 2 millas (1-3 km) en un límite que tiene más de 400 millas (660 km) de profundidad usando olas que viajan por toda la Tierra y de regreso es una hazaña inspiradora. ... Sus hallazgos sugieren que a medida que se producen los terremotos y los instrumentos sísmicos se vuelven más sofisticados y se expanden a nuevas áreas, continuaremos detectando nuevas señales a pequeña escala que revelan novedosas propiedades de las capas de la Tierra ".

La presencia de rugosidad en el límite de 660 km tiene implicaciones significativas para comprender cómo se formó y sigue funcionando nuestro planeta. Esa capa divide el manto, que constituye aproximadamente el 84 por ciento del volumen de la Tierra, en sus secciones superior e inferior. Durante años, los geocientíficos han debatido qué tan importante es ese límite. En particular, han investigado cómo viaja el calor a través del manto: si las rocas calientes se transportan suavemente desde el límite del manto núcleo (casi 2,000 millas hacia abajo) hasta la parte superior del manto, o si la transferencia se interrumpe en este punto o capa. Algunas evidencias geoquímicas y mineralógicas sugieren que el manto superior e inferior son químicamente diferentes, lo que apoya la idea de que las dos secciones no se mezclan ni térmica o físicamente.

"Nuestros hallazgos proporcionan información sobre esta pregunta", dijo Wu. Sus datos sugieren que ambos grupos podrían estar parcialmente en lo cierto. Las áreas más suaves del límite de 660 km podrían resultar de una mezcla vertical más completa, mientras que las áreas montañosas más escarpadas pueden haberse formado donde el manto superior e inferior no se mezclan. Además, la rugosidad que encontraron los investigadores, que existía en escalas grandes, moderadas y pequeñas, podría ser causada teóricamente por anomalías de calor o heterogeneidades químicas. Pero debido a la forma en que el calor se transporta dentro del manto, explicó Wu, cualquier anomalía térmica a pequeña escala se eliminaría en unos pocos millones de años. Eso deja solo diferencias químicas para explicar la rugosidad a pequeña escala que encontraron.

¿Qué podría causar diferencias químicas significativas? 

La introducción de rocas que solían pertenecer a la corteza, ahora descansando tranquilamente en el manto. Los científicos han debatido durante mucho tiempo el destino de las losas del lecho marino que son empujadas hacia el manto en las zonas de subducción, las colisiones que ocurren en todo el Océano Pacífico y en otras partes del mundo. Wu e Irving sugieren que los restos de estas losas ahora pueden estar justo por encima o justo por debajo del límite de 660 km.

"Es fácil de asumir, dado que solo podemos detectar las ondas sísmicas que viajan a través de la Tierra en su estado actual, que los sismólogos no pueden ayudar a comprender cómo ha cambiado el interior de la Tierra en los últimos 4.500 millones de años", dijo Irving. "Lo que es emocionante de estos resultados es que nos brindan nueva información para comprender el destino de las antiguas placas tectónicas que han descendido al manto, y donde el material del manto antiguo aún podría residir. La sismología es más emocionante cuando nos permite comprender mejor el interior de nuestro planeta tanto en el espacio como en el tiempo".

Esquema de la zona de la zona de transición conocida provisionalmente como "el límite de 660 km". -Imagen de la Universidad de Princenton.-

El estudio de Wenbo Wu, Sidao Ni y Jessica Irving se titula “Inferir las capas químicas discontinuas de la Tierra desde la topografía de los límites de 660 kilómetros”, y aparece en la edición del 15 de febrero de la revista Science. La investigación fue apoyada por el Programa Nacional de Investigación Básica de China, la Academia China de Ciencias, la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China y la Fundación Nacional de Ciencias.

- Fuente: Nota de prensa de la Universidad de Princenton