Un nuevo modelo informático visualiza material en el manto inferior que no proviene de placas subducidas. (Cortesía: Sebastian Kno / ETH Zurich)
Supercomputadora revela anomalías inesperadas escondidas en el manto inferior de la Tierra
Zúrich, Suiza – Si bien la sabiduría convencional dice que no debería existir nada inusual en la región del manto de la Tierra, millas debajo del Océano Pacífico, los científicos han descubierto algo inusual. Utilizando tecnología innovadora para analizar ondas sísmicas, los investigadores han identificado estructuras masivas que desafían las teorías fundamentales sobre cómo se formó y evolucionó nuestro planeta. Como si hubiéramos descubierto un nuevo continente geológico, no en la superficie de la Tierra, sino en sus profundidades.
Así como los médicos utilizan ondas de ultrasonido para observar el interior del cuerpo humano sin necesidad de cirugía, los geofísicos utilizan las ondas sísmicas de los terremotos para estudiar el interior profundo de la Tierra. Cuando ocurren terremotos, envían ondas en todas direcciones en todo el planeta. Estas ondas viajan a diferentes velocidades dependiendo de los objetos que encuentran, doblándose, rebotando y dispersándose a lo largo del camino. Al registrar estas ondas en estaciones sísmicas de todo el mundo, los científicos pueden crear imágenes de estructuras en las profundidades de la Tierra, de forma similar a crear un escaneo médico de nuestro planeta.
Durante décadas, la técnica reveló principalmente patrones de ondas de rápido movimiento debajo de áreas donde las placas tectónicas chocan y una placa se hunde debajo de otra, un proceso llamado Subducción. Se cree que estos patrones son restos de antiguas placas tectónicas que se hundieron en el manto de la Tierra, la capa entre la corteza y el núcleo. Sin embargo, se ha publicado un nuevo estudio trascendental. Informes científicosReveló lo inesperado.
Utilizando Piz Daint en el CSCS de Lugano, uno de los superordenadores más potentes del mundo, investigadores de ETH Zurich y el Instituto Tecnológico de California han descubierto estos patrones de ondas en lugares donde no existen: en lo profundo de los vastos océanos y en el interior de los continentes. Cualquier límite de placa conocido. «Es evidente que estas zonas en el manto terrestre están más extendidas de lo que se pensaba», afirma en un comunicado Thomas Schouten, autor principal del estudio y estudiante de doctorado en el Instituto Geológico de la ETH Zurich.
La clave de este invento reside en una sofisticada técnica llamada Inversión de onda completa (FWI). A diferencia de los métodos tradicionales que analizan sólo tipos específicos de ondas sísmicas, FWI examina terremotos completos, capturando una imagen completa del interior de la Tierra. Este enfoque integral requiere una enorme potencia computacional pero proporciona detalles sin precedentes.
El descubrimiento más sorprendente surgió debajo del Océano Pacífico occidental, donde los investigadores detectaron una anomalía masiva entre 900 y 1200 kilómetros de profundidad. Según las teorías actuales de la tectónica de placas, este material no puede provenir de placas subducidas porque la región no tiene una historia reciente de zonas de subducción.
El profesor de la ETH Andreas Fichtner, que desarrolló el modelo informático, establece un paralelo médico: “Es como si los médicos examinaran la circulación sanguínea con ultrasonidos durante décadas y encontraran las arterias exactamente donde las esperaban. Luego, si le das un dispositivo de prueba nuevo y mejor, de repente verá una arteria en su trasero que en realidad no pertenece. Cómo nos sentimos ante los nuevos descubrimientos.
Las investigaciones sugieren que estas formaciones profundas de la Tierra pueden tener diversos orígenes. «Creemos que las anomalías en el manto inferior tienen orígenes diferentes», explica Schouten. Pueden ser materiales antiguos ricos en sílice que han sobrevivido a pesar de los constantes movimientos agitados desde la formación del manto hace unos 4 mil millones de años. Alternativamente, estos movimientos del manto pueden ser zonas donde se han acumulado rocas ricas en hierro durante miles de millones de años.
El equipo de investigación destaca que los modelos actuales sólo muestran patrones de velocidad de onda, que no pueden describir completamente el complejo interior de la Tierra. Las investigaciones futuras deberán profundizar en las propiedades de los materiales que crean estos patrones, lo que requerirá modelos y potencia computacional aún más sofisticados.
resumen del articulo
metodología
El método de investigación representa un avance significativo en la forma en que los científicos estudian el interior de la Tierra. La tomografía sísmica convencional analiza sólo ondas sísmicas específicas, centrándose principalmente en ondas directas que viajan a lo largo de trayectorias predecibles. El nuevo método de inversión de onda completa examina todo el espectro sísmico, incluidas las ondas reflejadas, refractadas y dispersas que los métodos convencionales ignoran. Esto es comparable a pasar de una radiografía básica a una tomografía computarizada completa, que proporciona una imagen más completa.
El equipo utilizó datos de estaciones sísmicas de todo el mundo, centrándose especialmente en las ondas que viajan en regiones previamente poco estudiadas, como las cuencas oceánicas y el interior de los continentes. Los enormes requisitos computacionales para procesar estos datos requirieron el uso de uno de los sistemas informáticos más potentes del mundo, el superordenador Piz Daint.
Resultados
El estudio reveló varios hallazgos sorprendentes. En primer lugar, identificó varias anomalías de alta velocidad en todo el manto de la Tierra que estudios anteriores habían pasado por alto. El descubrimiento más significativo es una gran anomalía ubicada a una profundidad de 900 a 1200 kilómetros bajo el Océano Pacífico occidental. A diferencia de las anomalías descubiertas anteriormente que generalmente se correlacionan con zonas de subducción conocidas, estas características recién descubiertas aparecen en áreas donde no hay registros geológicos de subducción de placas.
El análisis estadístico no mostró una correlación significativa entre estas anomalías y las antiguas zonas de subducción, lo que cuestiona la suposición de que tales características representan principalmente restos de placas tectónicas subducidas. Esto sugiere que el manto de la Tierra puede ser más diverso o diferente en composición de lo que se pensaba anteriormente.
limitaciones
Aunque el nuevo método representa un avance significativo, todavía enfrenta algunas limitaciones. La resolución de las imágenes sísmicas depende de la distribución global de terremotos y epicentros, que sigue siendo desigual. Además, FWI proporciona datos más completos, lo que requiere enormes recursos computacionales y hace ciertas suposiciones sobre la propagación de ondas a través del interior de la Tierra.
Los investigadores reconocen que sus modelos actuales sólo muestran patrones de velocidad de onda sin revelar directamente la composición exacta o la naturaleza de los materiales que causan estos patrones. Como señala Schouten, esto representa sólo una propiedad de la compleja estructura interna de la Tierra.
Conclusiones y discusión
Esta investigación desafía fundamentalmente nuestra comprensión de la estructura y dinámica interna de la Tierra. Sugiere que los procesos más allá de la tectónica de placas desempeñan un papel importante en la configuración del interior de la Tierra, implicando potencialmente la deposición de materiales antiguos conservados de la historia temprana de la Tierra o rocas ricas en hierro formadas mediante convección del manto.
Los hallazgos tienen implicaciones importantes sobre cómo los científicos reconstruyen los movimientos de las placas en el pasado y comprenden la evolución térmica y química de la Tierra. Abren nuevas vías para la investigación sobre la composición y dinámica del manto, sugiriendo que el interior de la Tierra puede ser más complejo y heterogéneo de lo que sugieren los modelos actuales.
Financiamiento y divulgación
La investigación recibió apoyo de múltiples fuentes, incluida una subvención Marie Schodowska-Curie, la Fundación Nacional Suiza para la Ciencia y el programa de investigación Horizonte 2020 de la Unión Europea a través del Laboratorio Sísmico del Instituto de Tecnología de California. Los autores no declaran tener intereses en competencia.
Información de publicación
El estudio, “La inversión de forma de onda completa revela diversas fuentes de anomalías de la velocidad de onda positiva del manto inferior”, se publica en Scientific Reports (2024), DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-77399-2. La investigación representa una colaboración entre ETH Zurich y el Instituto de Tecnología de California, con el apoyo adicional del Jet Propulsion Laboratory.
