Casi 1, 800 millas por debajo de la superficie de la tierra, hay grandes estructuras extrañas acechando en la base del manto, sentado justo encima del núcleo. El manto es una gruesa capa de calor, principalmente roca plástica que rodea el núcleo; encima del manto está la fina capa de la corteza terrestre. En escalas de tiempo geológico, el manto se comporta como un líquido viscoso, con elementos sólidos que se hunden y se elevan a través de sus profundidades.

Las extrañas estructuras antes mencionadas, conocidas como zonas de velocidad ultrabaja (ULVZ), fueron descubiertos por primera vez en 1995 por Don Helmberger de Caltech. Las ULVZ se pueden estudiar midiendo cómo alteran las ondas sísmicas que las atraviesan. Pero observar no es necesariamente comprender. En efecto, nadie está realmente seguro de cuáles son estas estructuras.

Las ULVZ se denominan así porque reducen significativamente la velocidad de las ondas sísmicas; por ejemplo, reducen la velocidad de las ondas de corte (ondas sísmicas oscilantes capaces de moverse a través de cuerpos sólidos) hasta en un 30 por ciento. Las ULVZ tienen varias millas de espesor y pueden tener cientos de millas de ancho. Varios se encuentran dispersos cerca del núcleo de la tierra, aproximadamente debajo del borde del Pacífico. Otros están agrupados debajo de América del Norte, Europa, y Africa.

"Los ULVZ existen tan profundamente en el interior de la tierra que es imposible estudiarlos directamente, lo que plantea un desafío importante al tratar de determinar qué son exactamente, "dice Helmberger, Profesor de Geofísica de la Familia Smits, Emeritus.

Los científicos de la Tierra en Caltech ahora dicen que saben no solo de qué están hechos los ULVZ, pero de donde vienen. Usando métodos experimentales a altas presiones, los investigadores, dirigido por la profesora de Física Mineral Jennifer Jackson, han descubierto que los ULVZ consisten en trozos de un mineral de óxido de hierro / magnesio llamado magnesiowüstita que podría haberse precipitado de un océano de magma que se cree que existió en la base del manto hace millones de años.

La otra teoría principal para la formación de ULVZ había sugerido que consisten en material fundido, algo de esto posiblemente se filtre desde el núcleo.

Jackson y sus colegas, que informaron sobre su trabajo en un artículo reciente en el Revista de investigación geofísica :Tierra solida, encontró evidencia que apoya la teoría de la magnesiowüstita al estudiar la anisotropía elástica (o sísmica) del mineral; La anisotropía elástica es una variación en la velocidad a la que las ondas sísmicas atraviesan un mineral dependiendo de su dirección de viaje.

Una característica particularmente inusual de la región donde existen ULVZ, el límite entre el núcleo y el manto (CMB), es que es muy heterogénea (de carácter no uniforme) y anisotrópica. Como resultado, la velocidad a la que viajan las ondas sísmicas a través del CMB varía en función no solo de la región por la que pasan las ondas, sino también de la dirección en la que se mueven esas ondas. La dirección de propagación, De hecho, puede alterar la velocidad de las olas en un factor de tres.

"Previamente, Los científicos explicaron la anisotropía como resultado de ondas sísmicas que atraviesan un material de silicato denso. Lo que sugerimos es que en algunas regiones, se debe en gran parte a la alineación de magnesiowüstite dentro de ULVZ, "dice Jackson.

A las presiones y temperaturas experimentadas en la superficie terrestre, magnesiowüstite exhibe poca anisotropía. Sin embargo, Jackson y su equipo encontraron que el mineral se vuelve fuertemente anisotrópico cuando se somete a presiones comparables a las que se encuentran en el manto inferior.

Jackson y sus colegas descubrieron esto colocando un solo cristal de magnesiowüstita en una celda de yunque de diamante, que es esencialmente una pequeña cámara ubicada entre dos diamantes. Cuando los diamantes rígidos se comprimen unos contra otros, la presión dentro de la cámara aumenta. Jackson y sus colegas luego bombardearon la muestra con rayos X. La interacción de los rayos X con la muestra actúa como un proxy de cómo las ondas sísmicas viajarán a través del material. A una presión de 40 gigapascales, equivalente a la presión en el manto inferior, la magnesiowüstita fue significativamente más anisotrópica que las observaciones sísmicas de ULVZ.

Para crear objetos tan grandes y fuertemente anisotrópicos como ULVZ, Solo es necesario alinear una pequeña cantidad de cristales de magnesiowüstita en una dirección específica, probablemente debido a la aplicación de presión de una fuerza exterior fuerte. Esto podría explicarse por una losa subductora de la corteza terrestre que se abre paso hacia el CMB, Jackson dice. (La subducción ocurre en ciertos límites entre las placas tectónicas de la tierra, donde un plato se sumerge debajo de otro, provocando vulcanismo y terremotos.)

"Los científicos todavía están en el proceso de descubrir qué le sucede a la corteza cuando se subduce en el manto, "Jackson dice". Una posibilidad, que nuestra investigación ahora parece respaldar, es que estas losas empujan hasta el límite entre el núcleo y el manto y ayudan a dar forma a las ULVZ ".

Próximo, Jackson planea explorar la interacción de subducción de losas, ULVZ, y sus firmas sísmicas. La interpretación de estas características ayudará a imponer restricciones a los procesos que ocurrieron al principio de la historia de la Tierra, ella dice.

El estudio se titula "Magnesiowüstita fuertemente anisotrópica en el manto inferior de la Tierra".