Los geofísicos de la Universidad de Maryland analizaron miles de grabaciones de ondas sísmicas, ondas sonoras que viajan a través de la Tierra, para identificar los ecos del límite entre el núcleo fundido de la Tierra y la capa de manto sólido por encima de él. Los ecos revelaron más generalizados, estructuras heterogéneas:áreas de inusualmente densas, roca caliente:en el límite entre el núcleo y el manto de lo que se conocía anteriormente.

Los científicos no están seguros de la composición de estas estructuras, y los estudios anteriores han proporcionado sólo una visión limitada de ellos. Comprender mejor su forma y extensión puede ayudar a revelar los procesos geológicos que ocurren en las profundidades 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 vista completa del límite entre el núcleo y el manto en un área amplia con una resolución tan detallada. El estudio fue publicado el 12 de junio de 2020, número de la revista Ciencias .

Los investigadores se centraron en los ecos de las ondas sísmicas que viajan por debajo de 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 observar miles de ecos de límites entre el núcleo y el manto a la vez, en lugar de centrarse en unos pocos a la vez, como se hace habitualmente, hemos obtenido una perspectiva totalmente nueva, "dijo Doyeon Kim, becario postdoctoral en el Departamento de Geología de la UMD y autor principal del artículo. "Esto nos muestra que la región del límite entre el núcleo y el manto tiene muchas estructuras que pueden producir estos ecos, y eso era algo de lo que no nos habíamos dado cuenta antes porque solo teníamos una visión estrecha ".

Los terremotos generan ondas sísmicas debajo de la superficie de la Tierra que viajan miles de millas. Cuando las olas encuentran cambios en la densidad de las rocas, temperatura o composición, cambian de velocidad, doblarse o esparcirse, produciendo ecos que pueden ser detectados. Los ecos de las estructuras cercanas llegan más rápidamente, mientras que los de estructuras más grandes son más ruidosos. Midiendo el tiempo de viaje y la amplitud de estos ecos a medida que llegan a los sismómetros en diferentes ubicaciones, los científicos pueden desarrollar modelos de las propiedades físicas de las rocas ocultas debajo de la superficie. Este proceso es similar a la forma en que los murciélagos se colocan ecológicamente para mapear su entorno.

Para este estudio, Kim y sus colegas buscaron ecos generados por un tipo específico de onda, llamada onda cortante, a medida que viaja a lo largo del límite entre el núcleo y el manto. En una grabación de un solo terremoto, conocido como sismograma, Los ecos de ondas transversales 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.

Usando un algoritmo de aprendizaje automático llamado Sequencer, los investigadores analizaron 7, 000 sismogramas de cientos de terremotos de magnitud 6,5 y mayores que ocurrieron alrededor de la cuenca del Océano Pacífico entre 1990 y 2018. El 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 y galaxias distantes . Cuando se aplica a sismogramas de terremotos, el algoritmo descubrió una gran cantidad de ecos de ondas transversales.

"El aprendizaje automático en las ciencias de la tierra está creciendo rápidamente y un método como Sequencer nos permite detectar sistemáticamente ecos sísmicos y obtener nuevos conocimientos sobre las estructuras en la base del manto". que han permanecido en gran parte enigmáticos, "Dijo Kim.

El estudio reveló algunas sorpresas en la estructura del límite entre el núcleo y el manto.

"Encontramos ecos en aproximadamente el 40% de todas las trayectorias de 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 entre el núcleo y el manto están mucho más extendidas de lo que se pensaba ".

Los científicos encontraron que el gran parche de muy denso, material caliente en el límite entre el núcleo y el manto debajo de Hawai produjo ecos excepcionalmente fuertes, lo que indica que es incluso mayor que las estimaciones anteriores. Conocidas como zonas de velocidad ultrabaja (ULVZ), tales parches se encuentran en las raíces de las plumas volcánicas, donde la roca caliente se eleva desde la región del límite entre el núcleo y el manto para producir islas volcánicas. El ULVZ debajo de Hawaii 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 del sismograma en todo el mundo de una manera que antes no podíamos ".