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Ondas sísmicas, simulaciones por ordenador y modelos matemáticos: así analizan estos científicos los secretos del fondo del manto terrestre

Ni sencilla es la pregunta que quieren responder. Ni sencillo es, desde luego, el “terreno” en el que les toca trabajar. Un equipo de la Universidad de Utah (EE. UU.) se ha propuesto conocer mejor la capa más honda del manto terrestre, la más próxima al núcleo. Para logrado ha partido de una evidencia —que las ondas sísmicas se ralentizan a su paso por esa región— y simulaciones.


Sus conclusiones, recogidas en Nature Geoscience, apuntan a que esa zona está sorprendente estratificadas. Y algo más llamativo, incluso: que con el tiempo restos químicos relacionados con la Tierra primitiva podrían haber migrado hasta situarse en las capas bajas del manto, igual, aclaran desde la Universidad de Utah, que grumos de harina en el fondo de un bol lleno de masa.

La Tierra —recuerda las clases de geología del cole— se parece en cierto modo a una cebolla. Nosotros vivimos sobre la corteza y en el corazón, a entre alrededor de 3.000 y más de 6.000 km de profundidad, se oculta el núcleo metálico, formado principalmente por hierro y níquel. Entre medias se extiende una amplia región de manto, una capa que —recuerdan los autores del estudio— no es un vasto océano de lava, como mucha gente cree, sino más bien una roca sólida y caliente con capacidad de movimiento, la misma que impulsa las placas tectónicas en la superficie.

Una región con la marcha más lenta

Para estudiar las interioridades de nuestro planeta y las diferentes capas en las que se divide los científicos tienen un repertorio de recursos limitados. Muy a pesar de Julio Verde, no pueden descender al centro de la Tierra, por supuesto; pero sí tienen a su alcance otra herramienta de enorme valor: las ondas sísmicas que se generan durante los terremotos.

Gracias a sus estaciones de control los investigadores pueden analizar la propagación de las ondas sísmicas. Al interpretar cómo y cuándo llegan las señales, su reflejo y desviación, equipos como el de la Universidad de Utah recaban una cantidad valiosa de información sobre factores como la densidad. Las señales, al fin y al cabo, no se comportan igual al viajar por uno u otro material.

En el caso de la parte baja del manto, encima del núcleo exterior, hay una región en la que las ondas que analizan los expertos parecen moverse de forma más lentas. En concreto, disminuyen hasta un 50% y la densidad semeja ser tres veces mayor que el resto del manto circundante. Precisamente por esas características los científicos lo han bautizado “zonas de velocidad ultrabaja”.

“De todas las características que conocemos del manto profundo, las zonas de velocidad ultrabaja representan probablemente las más extremas. De hecho, son algunas de las características más extremas que se encuentran en cualquier parte del planeta”, detalla Michael S. Thorne, profesor asociado del Departamento de Geología y Física, en un comunicado de la Universidad de Utah.

Los científicos creían, de hecho, que en esa región el manto —la más próxima al núcleo— estaba parcialmente derretido e incluso sospechaban que surtía de magma a los conocidos como “puntos calientes”. El problema, señala Thorne, es que se daba un contrasentido: la mayoría de zonas de velocidad ultrabaja no están situadas bajo volcanes. “No puede ser toda la historia”, bromea.

Para resolver el misterio, se plantearon algunas preguntas a modo de hipótesis: ¿Y si la clave de esas zonas, en las que las ondas viajan más despacio, residiese en su composición, que fuese diferente al resto del manto? ¿Y si la formaran rocas distintas a las de sus capas circundantes?

“Las propiedades físicas de las zonas de velocidad ultrabaja están relacionadas con su origen, lo que a su vez proporciona información importante sobre el estado térmico y químico, la evolución y la dinámica del manto más bajo la Tierra, una parte esencial de la convección del manto que impulsa la tectónica de placas”, reflexiona Surya Pachhai, becaria posdoctoral de Thorne.

Su atención se centró en una región que destaca por la abundancia de terremotos —y, por lo tanto, rica en ondas sísmcas— situada bajo el Mar del Coral, entre Australia y Nueva Zelanda. El problema es que por numerosos que sean los temblores y por más oportunidades ofrezcan de estudio, analizar con precisión la amplia región que se extiende entre la corteza y el núcleo y obtener imágenes sísmicas precisas a aproximadamente 2.900 kilómetros de profundidad no es tarea sencilla.

Para salir de paso, el equipo de Thorne echó mano de la ingeniería inversa y la informática: creó un modelo de la Tierra que incorporaba las reducciones de velocidad de las ondas ultrabajas y jugaron con simulaciones que mostraban cómo responderían en ese caso las señales.

“Nuestro siguiente paso consiste en comparar esos registros con los que realmente tenemos”, explica Pachhai. El método, denominado “inversión bayesiana”, se repitió las veces necesarias para generar un modelo matemático del interior que arrojó algunas conclusiones interesantes. Por ejemplo, los investigadores se preguntaban si las zonas de velocidad ultrabaja están estratificadas, si presentan capas que ayuden a entender su formación. Su análisis demuestra que es probable que así sea.

“El hallazgo más sorprendente es que las zonas de velocidad ultrabaja no son homogéneas, sino que contienen fuertes heterogeneidades en su interior”, aclara Pachhai: “Cambia nuestra visión sobre el origen y la dinámica de las zonas de velocidad ultrabaja. Descubrimos que este tipo de zonas puede explicarse por las heterogeneidades químicas creadas al principio de la historia de la Tierra y que aún no están bien mezcladas después de 4.500 millones de años de convección del manto”.

Gran parte del origen podría estar directamente relacionado con uno de los episodios decisivos en la historia del planeta: el impacto, hace más de cuatro mil millones de años, de un objeto planetario del tamaño de Marte contra la Tierra. Además de arrojar a la órbita material que podría haber formado la Luna, la colisión elevó la temperatura de la Tierra de forma notable y generó una gran masa de material fundido, un “océano” de magma formado por rocas, gases y cristales suspendidos.

A medida que se enfriaba, ese océano se habría ido ordenando y los materiales más densos se habrían hundido y apilado en el fondo del manto. Con el tiempo habrían acabado en diferentes parches dando lugar a las zonas de ultrabaja velocidad que ahora analiza el equipo de Utah.

Gracias a su investigación, Thorne y sus colegas han logrado pruebas del origen de algunas de esas zonas más próximas al núcleo. Para otras se plantearían opciones distintas, como la fusión de la corteza oceánica. Si, como apuntan las conclusiones, al menos parte del fondo del manto se corresponde con restos de la Tierra primitiva conservaría una parte de la historia del planeta que se habría perdido de otro modo. «Nuestro descubrimiento proporciona una herramienta para entender el estado térmico y químico inicial del manto terrestre», destaca el investigador de Utah.

Imágenes | Esparta Palma (Flickr) y luis.labanderar (Flickr)

Vía | The University of Utah


La noticia

Ondas sísmicas, simulaciones por ordenador y modelos matemáticos: así analizan estos científicos los secretos del fondo del manto terrestre

fue publicada originalmente en

Xataka

por
Carlos Prego

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