Una ilustración de lo que es en un campo de fumadores negros. Crédito:NTNU
Por primera vez, Los investigadores han podido mirar profundamente en el manto de la Tierra bajo una cresta ultralenta en medio del océano, donde han podido observar el derretimiento del manto y el crecimiento de la corteza terrestre.
Hace más de 100 años, el meteorólogo alemán y ávido globo aerostático Alfred Wegener comentó en una carta a su futura esposa Elsa Köppen sobre un patrón extraño que notó en los mapas del mundo.
"¿No encaja exactamente la costa este de América del Sur con la costa oeste de África? ¿como si se hubieran unido una vez? ”, escribió en diciembre de 1910.“ Esta es una idea que tendré que seguir ”.
La perspicacia de Wegener eventualmente condujo a la comprensión, muchas décadas y mucho debate después, que la Tierra está hecha de placas que encajan como la cáscara de un huevo agrietada, excepto que las cáscaras, o platos, moverse sobre una capa más plástica llamada astenosfera.
Las áreas donde las placas se separan, como en medio del Océano Atlántico, es donde se forma la nueva corteza. Aquí, la roca fundida se eleva, formando una cresta entre las placas. Pero debido a que estas dorsales oceánicas se encuentran en aguas profundas y remotas, son notoriamente difíciles de estudiar y no se comprenden bien.
Ahora, un equipo de científicos noruegos ha utilizado tecnología electromagnética avanzada para crear las primeras imágenes de un tipo específico de dorsal oceánica, como una forma de aprender más sobre las fuerzas dinámicas en el manto de la Tierra debajo. Sus resultados acaban de publicarse en Naturaleza
Alfred Wegener, quien propuso por primera vez la idea de "deriva continental, ”Que dio lugar al concepto de tectónica de placas. La foto lo muestra en una expedición a Groenlandia en 1912-13. Crédito:Wikipedia, dominio publico
Imágenes profundas de lo desconocido
Ståle Emil Johansen, el primer autor del estudio y profesor del Departamento de Geociencias y Petróleo de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología (NTNU), dice que los investigadores decidieron estudiar un tipo específico de cresta oceánica llamada cresta de extensión ultralenta.
Como el nombre sugiere, aquí es donde las placas se separan extremadamente lentamente, menos de 20 milímetros por año. A diferencia de, las velocidades medidas en diferentes partes de la placa del Pacífico muestran movimientos de más de 150 mm por año.
Más del 30 por ciento de las dorsales oceánicas del mundo son dorsales de extensión ultralenta, él dijo. Pero por todo eso los geólogos saben muy poco sobre ellos.
"Nadie ha obtenido imágenes de este tipo de crestas antes de utilizar métodos electromagnéticos modernos, y esto es más profundo de lo que jamás habíamos podido imaginar, ", dijo." Las estructuras profundas son simplemente desconocidas ".
Castillo de Loki bajo el mar
La cresta de extensión ultralenta que estudió el equipo se llama Mohns Ridge. Se encuentra al suroeste de Svalbard y al este de la costa de Groenlandia.
Aquí, la corteza oceánica es muy delgada y hay un campo prominente de fumadores negros en un área llamada Castillo de Loki. Los fumadores negros son conductos de ventilación en el lecho marino que liberan un flujo constante de agua de mar rica en minerales. Los fumadores negros también son un lugar privilegiado para la deposición de minerales de aguas profundas.
Las principales placas tectónicas y sus límites. Johansen y sus colegas recopilaron datos de Mohns Ridge, que se encuentra al sur del archipiélago de Svalbard y al este de Groenlandia. Crédito:Servicio Geológico de EE. UU.
Johansen dijo que el proyecto se centró en desarrollar información fundamental sobre los tipos de fuerzas que impulsan el afloramiento de rocas del manto parcialmente derretidas a lo largo de las crestas.
"Es una investigación básica, " él dijo, "aunque también proporciona información innovadora sobre la formación de fumadores negros y depósitos de metales submarinos".
Medición de voltajes débiles a grandes distancias
Los investigadores pudieron utilizar un tipo especial de técnica de imágenes electromagnéticas llamada tecnología de levantamiento electromagnético de fuente controlada (CSEM). La tecnología requiere que un barco coloque antenas en el fondo del océano en una cuadrícula, después de lo cual el barco remolca una fuente de energía electromagnética sobre la red en un cable largo y recopila información sobre la energía que regresa del subsuelo.
Las antenas del fondo marino también pueden registrar un segundo tipo de señal electromagnética, una señal de fondo electromagnética de origen natural. La técnica que utiliza esta energía se llama magnetotelúrica (MT). "Las partículas cargadas del sol crean corrientes eléctricas cuando golpean la atmósfera de la Tierra. También puedes ver esta energía cuando ves la aurora boreal, " él dijo.
Johansen dijo que es fascinante que esta señal natural, que es muy débil, incluso se puede detectar en absoluto, ya que hace un largo viaje desde la ionosfera hasta las profundidades del manto y de regreso al fondo del mar. Pero funciona, especialmente cuando se combina con la tecnología CSEM.
"Lo que hemos hecho por primera vez es combinar estas dos señales en una, para crear imágenes bastante espectaculares de estas estructuras profundas, " él dijo.
Esta imagen muestra una sección transversal de la región encuestada para el estudio, con la cresta de extensión ultralenta en el centro. Las flechas en las áreas rojas en la parte superior de la sección muestran los patrones de circulación del agua de mar a través de la corteza oceánica, lo que ayuda a enriquecer el agua con metales antes de que emerja de la cresta en un ahumador negro. Crédito:Johansen et al. Naturaleza 2019
En este caso, sin embargo, los investigadores querían averiguar qué estaba sucediendo debajo de una cresta de extensión ultralenta. ¿Las estructuras debajo de la cresta se formaron pasivamente por rocas que se derritieron parcialmente "burbujeando" cuando las placas de América del Norte y Euroasiática se separaron? traducirse en imágenes que muestren la distribución subsuperficial de diferentes tipos de rocas, así como derretimientos y fluidos.
En una imagen, los investigadores pudieron detectar el sistema de tuberías para el agua de mar que circula profundamente y que forma depósitos minerales en el castillo de Loki.
Otra serie de imágenes que hicieron muestra lo que está sucediendo donde las dos placas se están separando, que es por lo que los científicos tenían más curiosidad.
La tecnología funcionó tan bien que pudieron crear imágenes hasta 120 km por debajo del lecho marino. Sus hallazgos, ellos se dieron cuenta, podría ayudar a explicar las estructuras mapeadas debajo de la cresta y también a comprender los procesos fundamentales que crean crestas ultralentas.
Comprender cómo se forma la nueva corteza en las dorsales oceánicas
Aunque la teoría de la tectónica de placas de Wegener ha sido aceptada durante las últimas seis décadas, y los principios generales detrás del movimiento de la placa se entienden generalmente, todavía hay mucho más que aprender, especialmente en lo que respecta a las dorsales oceánicas.
Lo que es importante comprender es que cuando las placas se separan en una parte del mundo, los bordes de las placas se encontrarán en otra parte del globo. Eso significa que algo tiene que ceder.
La imagen muestra el transecto que recorrió el barco para recolectar los datos utilizados para el estudio. Crédito:Johansen et al. Naturaleza 2019
Cuando dos placas se encuentran con el lado de una placa se empuja, o subducido, debajo del otro plato. Esto es lo que está pasando en el Pacífico donde el lado este de la placa del Pacífico se desliza bajo el continente sudamericano.
Generalmente hay mucha actividad tectónica, como terremotos o volcanes, en los límites de las placas. Tiende a ser más visible cuando el borde de la placa está cerca del borde continental, como en el oeste de América del Norte. Piense en California.
Sistema de cresta pasivo o activo
En este caso, sin embargo, los investigadores querían averiguar qué estaba sucediendo con la cresta de extensión ultralenta. ¿Se formaron pasivamente las estructuras debajo de la cresta al derretir parcialmente rocas "burbujeando" cuando las placas de América del Norte y Eurasia se separaron?
¿O hay un empujón desde abajo? ¿Dónde la sobrepresión en el manto crea un sistema dinámico que empuja activamente la roca parcialmente derretida desde las profundidades?
"Normalmente, cuando pensamos en placas que se separan, crean un espacio entre ellos y el magma se eleva. Entonces, si haces una imagen de esto, lo normal es pensar que se ve bonito y simétrico, " él dijo.
Sin embargo, cuando los científicos miraron las imágenes que tenían, se dieron cuenta de que la placa litosférica en el lado este de la cresta era mucho más gruesa y fría que en el lado occidental de la cresta.
La imagen muestra la surgencia del manto debajo de la cresta de Mohns de extensión ultralenta, tal como se muestra en la imagen utilizando datos de MT y CSEM. La parte superior de la imagen muestra la topografía del fondo marino, volcanes de los fondos marinos y epicentros de terremotos. El panel principal asigna colores según la resistividad. Los investigadores saben por experimentos de laboratorio qué tipo de material y temperaturas pueden asociarse con diferentes resistividades. La imagen muestra claramente cómo la litosfera de la derecha, o el lado este de la cresta, es mucho más gruesa que la litosfera de la izquierda, o lado occidental de la cresta. Crédito:Johansen et al. Naturaleza 2019
This matters because geologists have traditionally believed that asymmetric thickness along mid-ocean ridges means there must be a dynamic system and that overpressure pushes magma up from the deep mantle.
En este caso, sin embargo, the researchers realized that there was a much simpler explanation for why the eastern side of the ridge was thicker and deformed:the eastern side of the ridge is the edge of the Eurasian plate, which is slowly moving southwards. A diferencia de, the North American plate is moving nearly west.
Asymmetric plate movement helps explain the pattern
En breve, "the asymmetry below the ridges doesn't have to be a sign of push from below, " he said. "Maybe it is simpler than that. Maybe when you have asymmetric structures below the ridge, it's because you have asymmetric plate movement at the surface."
That could mean no push from below at the Mohns Ridge, but that the movements of the plates themselves are making the patterns the researchers see, él dijo. It's also another piece of information that will help researchers to better understand how the Earth's tectonic plates behave.
Johansen came to academia after a career working at Equinor, the Norwegian energy company, and with EMGS, the company that has developed the electromagnetic imaging technique the researchers used in their findings.
"People ask me why I do this, " él dijo, he said of his shift to academia. "It's because of the excitement of discovery that is a part of basic research."
