Todos los escolares saben que el planeta Tierra está dividido en tres (o cuatro) grandes capas: la corteza, el manto y el núcleo. En general, esto es cierto, aunque esta generalización no tiene en cuenta varias capas adicionales que los científicos han identificado, una de las cuales, por ejemplo, es la capa de transición dentro del manto.
En un estudio publicado el 15 de febrero de 2019, la geofísica Jessica Irving y el estudiante graduado Wenbo Wu de la Universidad de Princeton, en colaboración con Sidao Ni del Instituto Geodésico y Geofísico de China, utilizaron datos del enorme terremoto boliviano de 1994 para localizar montañas y otros elementos topográficos. características en la superficie de la zona de transición profunda dentro del manto. Esta capa, situada a 660 kilómetros bajo tierra, separa la parte superior e inferior del manto (sin tener un nombre formal para esta capa, los investigadores simplemente la llamaron "límite de 660 kilómetros").
Para "mirar" tan profundamente bajo tierra, los científicos utilizaron las ondas más poderosas del planeta, provocadas por los terremotos más fuertes. "Se necesita un terremoto grande y profundo para sacudir el planeta", dijo Jessica Irving, profesora asistente de ciencias geofísicas.
Los grandes terremotos son mucho más poderosos que los normales y su energía aumenta 30 veces con cada paso adicional en la escala de Richter. Irving obtiene sus mejores datos de terremotos de magnitud 7.0 y superiores, porque las ondas sísmicas enviadas por terremotos tan poderosos viajan en diferentes direcciones y pueden viajar a través del núcleo hasta el otro lado del planeta y viceversa. Para este estudio, se obtuvieron datos clave de las ondas sísmicas registradas durante un terremoto de magnitud 8.3 -el segundo terremoto más profundo jamás registrado por los geólogos- que sacudió Bolivia en 1994.
“Los terremotos de esta magnitud no ocurren con frecuencia. Somos muy afortunados de que ahora haya muchos más sismómetros instalados en todo el mundo que hace 20 años. La sismología también ha cambiado mucho en los últimos 20 años gracias a las nuevas herramientas y al poder de las computadoras.
Los sismólogos y científicos de datos utilizan supercomputadoras como la Princeton Tiger Cluster Supercomputer para simular el complejo comportamiento de la dispersión de ondas sísmicas en las profundidades del subsuelo.
Las tecnologías se basan en las propiedades fundamentales de las ondas: su capacidad de reflejarse y refractarse. Así como las ondas de luz pueden rebotar (reflejarse) en un espejo o doblarse (refractarse) cuando pasan a través de un prisma, las ondas sísmicas viajan a través de rocas homogéneas pero se reflejan o refractan cuando encuentran superficies rugosas en el camino.
"Sabemos que casi todos los objetos tienen superficies irregulares y, por tanto, pueden dispersar la luz", afirmó Wenbo Wu, autor principal del estudio, que recientemente recibió su doctorado en geonomía y ahora es becario postdoctoral en el Instituto de Tecnología de California. “Gracias a esto podemos “ver” estos objetos: las ondas que se dispersan transportan información sobre la rugosidad de las superficies que encuentran en su camino. En este estudio, estudiamos la dispersión de ondas sísmicas que se propagan en las profundidades de la Tierra para determinar la “rugosidad” del límite encontrado de 660 kilómetros”.
Los investigadores se sorprendieron de lo "áspero" que es este límite, incluso más que la capa superficial en la que vivimos. “En otras palabras, esta capa subterránea tiene una topografía más compleja que las Montañas Rocosas o el sistema montañoso de los Apalaches”, dijo Wu. Su modelo estadístico no pudo determinar las alturas exactas de estas montañas subterráneas, pero existe una gran posibilidad de que sean mucho más altas que cualquier cosa en la superficie de la Tierra. Los científicos también notaron que la frontera de 660 kilómetros también está distribuida de manera desigual. De la misma manera que la capa terrestre tiene una superficie oceánica lisa en algunas partes y montañas masivas en otras, el límite de 660 km también tiene zonas rugosas y capas lisas en su superficie. Los investigadores también estudiaron las capas subterráneas a una profundidad de 410 kilómetros y en la parte superior de la capa media del manto, pero no pudieron encontrar una rugosidad similar en estas superficies.
"Descubrieron que el límite de 660 kilómetros es tan complejo como la capa superficial de la Tierra", dijo la sismóloga Kristina Hauser, profesora asistente en el Instituto Tecnológico de Tokio, que no participó en el estudio. “Usar ondas sísmicas creadas por poderosos terremotos para encontrar una diferencia de elevación de 3 kilómetros a 660 kilómetros de profundidad bajo tierra es una hazaña inimaginable... Sus hallazgos significan que en el futuro, utilizando instrumentos sísmicos más sofisticados, seremos capaces de detectar sutiles y desconocidos hasta ahora. señales que nos revelarán nuevas propiedades de las capas internas de nuestro planeta.
La sismóloga Jessica Irving, profesora asistente de geofísica, sostiene dos meteoritos de la colección de la Universidad de Princeton que contienen hierro y se cree que son parte del planeta Tierra.
Foto tomada por Denis Appelwhite.
¿Qué quiere decir esto?
La existencia de superficies rugosas en el límite de 660 km es esencial para comprender cómo se forma y funciona nuestro planeta. Esta capa divide el manto, que constituye aproximadamente el 84 por ciento del volumen de nuestro planeta, en secciones superior e inferior. Durante años, los geólogos han debatido sobre la importancia de este límite. En particular, estudiaron cómo se transporta el calor a través del manto y si las rocas calentadas se mueven desde el límite de Gutenberg (la capa que separa el manto del núcleo a una profundidad de 2900 kilómetros) hasta la cima del manto, o si este movimiento se interrumpe en el límite de los 660 kilómetros. Alguna evidencia geoquímica y mineralógica sugiere que las capas superior e inferior del manto tienen diferentes composiciones químicas, lo que respalda la idea de que ambas capas no se mezclan térmica o físicamente. Otras observaciones sugieren que las capas superior e inferior del manto no tienen diferencia química, dando lugar a la llamada disputa del "manto bien mezclado", donde ambas capas del manto participan en un ciclo de intercambio de calor adyacente.
“Nuestro estudio proporciona una nueva perspectiva sobre esta controversia”, dijo Wenbo Wu. Los datos de este estudio sugieren que ambos lados pueden estar parcialmente en lo correcto. Los estratos más suaves del límite de 660 km pueden deberse a una mezcla vertical completa, donde pueden haberse formado zonas montañosas más rugosas donde la mezcla de las capas superior e inferior del manto no se produjo tan suavemente.
Además, los investigadores descubrieron la "rugosidad" de la capa en el límite encontrado a escala grande, mediana y pequeña, lo que en teoría podría deberse a anomalías térmicas o heterogeneidad química. Pero debido a la forma en que se transporta el calor en el manto, explica Wu, cualquier anomalía térmica a pequeña escala se solucionaría en unos pocos millones de años. Por tanto, sólo la heterogeneidad química puede explicar la rugosidad de esta capa.
¿Cuál podría ser la razón de una heterogeneidad química tan significativa? Por ejemplo, la aparición de rocas en las capas del manto que pertenecían a la corteza terrestre y se trasladaron allí durante muchos millones de años. Los científicos han discutido durante mucho tiempo sobre el destino de las placas del fondo marino que son empujadas hacia el manto en zonas de subducción que chocan alrededor del Océano Pacífico y en otras partes del mundo. Weibo Wu y Jessica Irving sugieren que los restos de estas placas ahora pueden estar por encima o por debajo del límite de 660 km.
“Muchos creen que es bastante difícil estudiar la estructura interna del planeta y sus cambios durante los últimos 4.5 millones de años, utilizando únicamente datos de ondas sísmicas. ¡Pero esto está lejos de ser el caso! - afirmó Irving - este estudio nos ha proporcionado nueva información sobre el destino de las antiguas placas tectónicas que descendieron al manto a lo largo de muchos miles de millones de años.
Al final, Irving añadió: "Creo que la sismología es más interesante cuando nos ayuda a comprender la estructura interna de nuestro planeta en el espacio y el tiempo".
Del autor de la traducción: Siempre quise intentar traducir un artículo de divulgación científica del inglés al ruso, pero no esperaba en qué medida Es complicado. Gran respeto por aquellos que traducen regularmente y eficientemente artículos sobre Habré. Para traducir un texto de forma profesional, no sólo es necesario saber inglés, sino también comprender el tema en sí mediante el estudio de fuentes de terceros. Agregue un poco de "broma" para que suene más natural, pero no se exceda para no estropear el artículo. Muchas gracias por leer 🙂
Fuente: habr.com