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Viaje al Centro de la Tierra mediante las ondas sísmicas

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 Científicos descubren estructuras "inesperadas" cerca del núcleo de la Tierra

Los terremotos envían ondas sonoras a través de la Tierra. Los sismógrafos registran los ecos a medida que esas ondas viajan a lo largo del límite del manto central, difractando y doblando alrededor de densas estructuras rocosas. Nuevas investigaciones de la Universidad de Maryland proporciona la primera visión amplia de estas estructuras, revelando que están mucho más extendidas de lo que se conocía anteriormente.  Créditos: Doyeon Kim/Universidad de Maryland

Un equipo de investigadores dice que han utilizado técnicas de imagen de vanguardia para descubrir enormes estructuras "inesperadas" cerca del núcleo de la Tierra, un recordatorio sorprendente de lo poco que sabemos sobre el interior del planeta donde vivimos.

Los geofísicos de la Universidad de Maryland analizaron miles de grabaciones de ondas sísmicas, ondas sonoras que viajaban a través de la Tierra, para identificar ecos desde el límite entre el núcleo fundido de la Tierra y la capa de manto sólido por encima de ella. Los ecos revelaron estructuras heterogéneas más extendidas —áreas de roca inusualmente densa y caliente— en el límite del manto central de lo que se conocía anteriormente.

Los científicos no están seguros de la composición de estas estructuras, y estudios previos han proporcionado sólo una visión limitada de ellas. Comprender mejor su forma y alcance puede ayudar a revelar los procesos geológicos que ocurren en lo profundo de la Tierra. Este conocimiento puede proporcionar pistas sobre el funcionamiento de la tectónica de placas y la evolución de nuestro planeta.

La nueva investigación proporciona la primera visión completa del límite del manto central sobre un área amplia con una resolución tan detallada. El estudio fue publicado en el número del 12 de junio de 2020 de la revista Science. Los investigadores se centraron en ecos de ondas sísmicas que viajan bajo la cuenca del Océano
Pacífico. Su análisis reveló una estructura previamente desconocida debajo de las islas volcánicas Marquesas en el Pacífico Sur y mostró que la estructura debajo de las islas hawaianas es mucho más grande de lo que se conocía anteriormente.

"Al mirar miles de ecos de límites del manto central a la vez, en lugar de centrarnos en unos pocos a la vez, como se hace normalmente, hemos obtenido una perspectiva totalmente nueva", dijo Doyeon Kim, un miembro postdoctoral del Departamento de Geología de la UMD y autor principal del artículo. "Esto nos está mostrando que la región fronteriza del manto central tiene muchas estructuras que pueden producir estos ecos, y eso era algo que no nos habíamos dado cuenta antes porque sólo teníamos una visión estrecha".

Los terremotos generan ondas sísmicas bajo la superficie de la Tierra que viajan miles de kilómetros. Cuando las ondas encuentran cambios en la densidad, temperatura o composición de la roca, cambian de velocidad, se doblan o se dispersan, produciendo ecos que se pueden detectar. Los ecos de las estructuras cercanas llegan más rápidamente, mientras que los de estructuras más grandes son más fuertes. Al medir el tiempo de viaje y la amplitud de estos ecos a medida que llegan a los sismómetros en diferentes lugares, los científicos pueden desarrollar modelos de las propiedades físicas de la roca ocultas debajo de la superficie. Este proceso es similar a la forma en que los murciélagos se ecolocalizan para mapear su entorno.

Para este estudio, Kim y sus colegas buscaron ecos generados por un tipo específico de onda, llamada onda cortantes, mientras viaja a lo largo del límite del manto central. En una grabación de un solo terremoto, conocido como sismógrafo, los ecos de las ondas de cizallamiento difractadas pueden ser difíciles de distinguir del ruido aleatorio. Pero mirar muchos sismogramas de muchos terremotos a la vez puede revelar similitudes y patrones que identifican los ecos ocultos en los datos.

Utilizando un algoritmo de aprendizaje automático llamado Sequencer, los investigadores analizaron 7.000 sismógrafos de cientos de terremotos de magnitud 6,5 y mayores que ocurrieron alrededor de la cuenca del Océano Pacífico de 1990 a 2018.

Secuenciador fue desarrollado por los coautores del nuevo estudio de la Universidad Johns Hopkins y la Universidad de Tel Aviv para encontrar patrones en la radiación de estrellas distantes y galaxias. Cuando se aplica a los sismógrafos de terremotos, el algoritmo descubrió un gran número de ecos de onda cortantes.

"El aprendizaje automático en la ciencia de la tierra está creciendo rápidamente y un método como Sequencer nos permite detectar sistemáticamente ecos sísmicos y obtener nuevas perspectivas sobre las estructuras en la base del manto, que han permanecido en gran medida enigmáticas", dijo Kim.

El estudio reveló algunas sorpresas en la estructura del límite del manto central.

"Encontramos ecos en aproximadamente el 40% de todas las rutas de las ondas sísmicas", dijo Vedran Lekic, profesor asociado de geología en la UMD y coautor del
estudio. "Eso fue sorprendente porque esperábamos que fueran más raros, y lo que eso significa es que las estructuras anómalas en el límite del manto central están mucho más extendidas de lo que se pensaba".

Los científicos encontraron que el gran parche de material muy denso y caliente en el límite del manto central debajo de Hawái producía ecos muy fuertes, lo que indica que es incluso más grande que las estimaciones anteriores.

Conocido como zonas de ultrabajo(ULVZ), tales parches se encuentran en las raíces de las plumas volcánicas, donde la roca caliente se eleva desde la región límite del manto central para producir islas volcánicas. El ULVZ debajo de Hawái es el más grande conocido. Este estudio también encontró un ULVZ previamente desconocido debajo de las Islas Marquesas.

"Nos sorprendió encontrar una característica tan grande debajo de las Islas Marquesas que ni siquiera sabíamos que existía antes", dijo Lekic. "Esto es realmente emocionante, porque muestra cómo el algoritmo sequencer puede ayudarnos a contextualizar los datos de sismograma en todo el mundo de una manera que antes no podíamos".

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