Un equipo dirigido por geocientíficos de la Universidad Estatal de Arizona y la Universidad Estatal de Michigan ha utilizado modelos informáticos para explicar cómo se acumulan los focos de roca blanda en el límite entre el núcleo y el manto de la Tierra.

Estos bolsillos mintiendo aproximadamente 2, 900 kilómetros (1, 800 millas) debajo de la superficie, se conocen desde hace muchos años, pero anteriormente carecía de una explicación de cómo se formaron.

Los cuerpos rocosos relativamente pequeños se denominan "zonas de velocidad ultrabaja" porque las ondas sísmicas se ralentizan mucho al pasar a través de ellos. Los geocientíficos han pensado que las zonas están parcialmente fundidas, sin embargo, las bolsas son desconcertantes porque muchas se observan en regiones más frías del manto profundo.

"Se ha asumido que estas pequeñas regiones son una versión parcialmente fundida de la roca que las rodea, "dice Mingming Li, autor principal del estudio, que se publicó el 2 de agosto de 2017, en el diario Comunicaciones de la naturaleza . "Pero su distribución global y las grandes variaciones de densidad, forma, y el tamaño sugieren que tienen una composición diferente a la del manto ".

Li se unió a la Escuela de Exploración de la Tierra y el Espacio (SESE) de ASU este mes como profesor asistente. Fue estudiante de posgrado del ex profesor asociado de SESE Allen McNamara, también coautor del artículo; McNamara se encuentra ahora en el Departamento de Ciencias de la Tierra y el Medio Ambiente del estado de Michigan. Los coautores adicionales son el profesor de SESE Edward Garnero y su estudiante de doctorado Shule Yu.

"No sabemos qué son las zonas de velocidad ultrabaja, "dice McNamara." Están calientes, porciones parcialmente fundidas del manto por lo demás normal, o son algo completamente diferente, alguna otra composición ".

Debido a que la evidencia sísmica permite ambas posibilidades, él dice, "Decidimos modelar la convección del manto por computadora para investigar si sus formas y posiciones pueden responder a la pregunta".

¿Los bolsillos se relacionan con las manchas?

Hace aproximadamente un año, Garnero, McNamara, y el profesor asociado de SESE, Dan Shim, informaron que es probable que dos gigantescas estructuras de roca en las profundidades de la Tierra estén hechas de algo diferente del resto del manto. Llamaron a las grandes estructuras "pilotes termoquímicos, "o más simplemente, manchas.

"Si bien se desconocen el origen y la composición de estas manchas, Garnero dijo en ese momento, "Sospechamos que tienen pistas importantes sobre cómo se formó la Tierra y cómo funciona hoy".

Aún se desconoce de qué están hechas las grandes manchas y cómo se formaron, dice Garnero. "Pero el nuevo modelo informático explica cómo estas zonas de velocidad ultrabaja están asociadas con las manchas mucho más grandes".

Li dice:"Las zonas de velocidad ultrabaja tienen generalmente decenas de kilómetros de altura, y cientos de kilómetros de ancho o menos. En su mayoría se encuentran cerca de los bordes de las manchas mucho más grandes, pero algunos de ellos se detectan tanto dentro de las manchas como lejos de ellas ".

El resultado del modelado por computadora mostró que la mayoría de estas zonas de velocidad ultrabaja son diferentes en composición del manto circundante. Dice Li. Y lo que es más, el modelado mostró que los focos de roca con diferentes composiciones migrarán desde cualquier lugar del límite entre el núcleo y el manto hacia los márgenes de las grandes manchas.

"Los márgenes de las pilas termoquímicas son donde convergen los patrones de flujo del manto, "McNamara dice, "y, por lo tanto, estas áreas proporcionan un 'depósito de recolección' para tipos de roca más densos".

Reunidos por el calor

La fuerza que impulsa este movimiento es el calor, que alimenta la convección en el manto.

El manto de la Tierra está hecho de roca caliente, pero se comporta más como un dulce de azúcar hirviendo lentamente en una estufa. En el manto el calor proviene tanto de la radiactividad dentro de la roca del manto como del núcleo del planeta, cuyo centro está casi tan caliente como la superficie del Sol. La roca del manto responde a este calor con un lento movimiento convectivo de batido.

"Los detalles no están del todo claros, ", dice Li. Pero el modelado muestra que las rocas de diferente composición responden a la convección de una manera que reúne materiales de composición similar. Esto mueve los pequeños bolsillos de rocas químicamente distintas a los bordes de las manchas más calientes por encima del límite entre el núcleo y el manto.

"Ejecutamos modelado por computadora en 3D de alta resolución y desarrollamos un método para rastrear el movimiento tanto de las pequeñas bolsas de las zonas de velocidad ultrabaja como de las pilas termoquímicas mucho más grandes". Li explica, "Esto nos permitió estudiar cómo se mueven los pequeños bolsillos y cómo sus ubicaciones pueden relacionarse con su origen".

McNamara dice:"Lo nuevo de nuestro enfoque, y también un desafío computacional, fue que el modelado tuvo en cuenta simultáneamente escalas de movimiento muy diferentes". Estos iban desde patrones de convección a escala de manto global, a las grandes pilas termoquímicas en el manto inferior, y hasta los bolsillos a muy pequeña escala de la zona de velocidad ultrabaja en la parte inferior.

"Lo que finalmente encontramos " él dice, "es que si las zonas de velocidad ultrabaja son causadas por la fusión de un manto normal, Deben ubicarse bien dentro de las pilas termoquímicas, donde las temperaturas del manto son las más altas ".

Pero agrega, "Si las bolsas de roca de velocidad ultrabaja tienen una composición diferente de la roca del manto ordinaria, luego, la convección del manto los llevaría continuamente a los bordes de las pilas donde se acumulan.

"Esto es consistente con lo que vemos en las observaciones sísmicas".

¿Rocas sumergiéndose profundamente?

¿De dónde provienen los diferentes materiales en el manto profundo en primer lugar?

"Hay varias posibilidades, "Dice Garnero." Algún material podría estar asociado con la antigua corteza oceánica basáltica que se subdujo profundamente. O podría estar asociado con reacciones químicas entre el fluido rico en hierro del núcleo externo y el manto de silicato cristalino ".

Garnero dice que actualmente no está resuelto el origen de la roca en las zonas de velocidad ultrabaja. Pero el proceso de recolección de este material en pequeños focos de roca es claro.

"Puedes tener varios mecanismos, como la tectónica de placas, que empujan rocas de diferentes químicas al manto más profundo en cualquier lugar de la Tierra, " él dice.

"Pero una vez que estas rocas diferentes se han hundido profundamente, la convección gana y los arrastra a las regiones cálidas, a saber, donde residen las pilas termoquímicas de tamaño continental ".