Geofísicos descifran misteriosas señales sísmicas en la profundidad del manto de la Tierra

Durante las décadas transcurridas desde su descubrimiento, las señales sísmicas conocidas como precursores PKP han sido un desafío para los científicos. Las regiones del manto inferior de la Tierra dispersan las ondas sísmicas entrantes, que regresan a la superficie como ondas PKP a diferentes velocidades.

El origen de las señales precursoras, que llegan antes que las principales ondas sísmicas que viajan a través del núcleo de la Tierra, sigue sin estar claro, pero una investigación dirigida por geofísicos de la Universidad de Utah arroja nueva luz sobre esta misteriosa energía sísmica.

Los precursores de PKP parecen propagarse desde lugares muy por debajo de América del Norte y el Pacífico occidental y posiblemente tengan una asociación con “zonas de velocidad ultrabaja” (ULVZ, capas delgadas en el manto donde las ondas sísmicas se desaceleran significativamente, según una investigación publicada en AGU Advances, la revista principal de la Unión Geofísica Americana (AGU, su sigle en inglés), que también destacó la investigación en su revista Eos.

“Estas son algunas de las características más extremas descubiertas en el planeta. No sabemos qué son”, dijo en un comunicado el autor principal Michael Thorne, profesor asociado de geología y geofísica de la U de Utah. “Pero una cosa que sabemos es que parecen terminar acumulándose debajo de los volcanes calientes. Parecen ser la raíz de columnas de todo el manto que dan lugar a volcanes calientes”.

Estas columnas son responsables del vulcanismo observado en Yellowstone, las islas hawaianas, Samoa, Islandia y las islas Galápagos.

“Estos volcanes realmente grandes parecen persistir durante cientos de millones de años aproximadamente en el mismo lugar”, dijo Thorne. En un trabajo anterior, también encontró una de las zonas de velocidad ultrabaja más grandes del mundo conocidas.

“Está ubicado justo debajo de Samoa, y Samoa es uno de los volcanes más calientes del mundo”, señaló Thorne.

Durante casi un siglo, los geocientíficos han utilizado ondas sísmicas para sondear el interior de la Tierra, lo que ha dado lugar a numerosos descubrimientos que de otro modo no habrían sido posibles. Otros investigadores de la U, por ejemplo, han caracterizado la estructura del núcleo interno sólido de la Tierra y han seguido su movimiento mediante el análisis de ondas sísmicas.

Cuando un terremoto sacude la superficie de la Tierra, las ondas sísmicas atraviesan el manto, la capa dinámica de roca caliente de 2.900 kilómetros de espesor que se encuentra entre la corteza terrestre y el núcleo metálico. El equipo de Thorne está interesado en las ondas que se “dispersan” cuando pasan por formaciones irregulares que plantean cambios en la composición material del manto. Algunas de esas ondas dispersas se convierten en precursoras de la PKP.

Thorne intentó determinar exactamente dónde se produce esta dispersión, especialmente porque las ondas viajan a través del manto terrestre dos veces, es decir, antes y después de pasar por el núcleo externo líquido de la Tierra. Debido a ese doble viaje a través del manto, ha sido casi imposible distinguir si los precursores se originaron en el lado de la fuente o del lado del receptor de la trayectoria del rayo.

El equipo de Thorne, que incluía al profesor asistente de investigación Surya Pachhai, ideó una forma de modelar formas de onda para detectar efectos cruciales que anteriormente pasaban desapercibidos.

Utilizando un método de matriz sísmica de última generación y nuevas observaciones teóricas de simulaciones de terremotos, que los investigadores desarrollaron, analizaron datos de 58 terremotos que ocurrieron alrededor de Nueva Guinea y se registraron en América del Norte después de pasar por el planeta.

“Puedo colocar receptores virtuales en cualquier lugar de la superficie de la Tierra y esto me indica cómo debería verse el sismograma de un terremoto en ese lugar. Y podemos compararlo con las grabaciones reales que tenemos”, dijo Thorne. “Ahora podemos hacer una proyección retrospectiva de dónde proviene esta energía”.

Su nuevo método les permitió localizar con precisión dónde se produjo la dispersión a lo largo del límite entre el núcleo exterior de metal líquido y el manto, conocido como límite núcleo-manto, ubicado a 2.900 kilómetros debajo de la superficie de la Tierra.

Sus hallazgos indican que los precursores de PKP probablemente provienen de regiones que albergan zonas de velocidad ultrabaja. Thorne sospecha que estas capas, que tienen solo entre 20 y 40 kilómetros de espesor, se forman donde las placas tectónicas subducidas chocan contra el límite entre el núcleo y el manto en la corteza oceánica.

“Lo que hemos descubierto ahora es que estas zonas de velocidad ultrabaja no sólo existen debajo de los puntos calientes, sino que están repartidas por todo el límite entre el núcleo y el manto debajo de América del Norte”, dijo Thorne.

“Realmente parece que estas ULVZ se están generando activamente. No sabemos cómo. Pero como las estamos viendo cerca de la subducción, creemos que los basaltos de las dorsales oceánicas se están derritiendo, y así es como se están generando. Y luego la dinámica está empujando estas cosas por toda la Tierra y, en última instancia, se van a acumular debajo de los puntos calientes”.

“Lo que hemos descubierto ahora es que estas zonas de velocidad ultrabaja no sólo existen debajo de los puntos calientes, sino que están repartidas por todo el límite entre el núcleo y el manto debajo de América del Norte”, dijo Thorne. “Realmente parece que estas ULVZ se están generando activamente. No sabemos cómo. Pero como las estamos viendo cerca de la subducción, creemos que los basaltos de las dorsales oceánicas se están derritiendo, y esa puede ser la forma en que se están generando”.

La dinámica está empujando estas cosas por toda la Tierra y, en última instancia, se acumularán contra los límites de las Grandes Provincias de Baja Velocidad, que son características a escala continental compositivamente distintas debajo del Pacífico y África, según Thorne.

“También es posible que se acumulen debajo de los puntos calientes, pero no está claro si estas ULVZ se generan mediante el mismo proceso”, dijo. Para determinar las consecuencias de un proceso de este tipo habrá que esperar a futuras investigaciones.