Los geocientíficos de la Universidad de Texas en Dallas utilizaron recientemente cantidades masivas de datos de terremotos y supercomputadoras para generar alta resolución, Imágenes tridimensionales de los procesos geológicos dinámicos que tienen lugar muy por debajo de la superficie de la Tierra.

En un estudio publicado el 29 de abril en Comunicaciones de la naturaleza , El equipo de investigación de UT Dallas describió cómo creó imágenes de los flujos del manto en una región de subducción bajo América Central y el Mar Caribe utilizando una técnica computacionalmente intensiva llamada inversión de forma de onda completa (FWI).

"Este es el primer estudio sísmico completo en obtener imágenes directamente de campos de flujo de manto en 3D en entornos de subducción reales utilizando tecnología FWI avanzada, "dijo el Dr. Hejun Zhu, autor correspondiente del estudio y profesor asistente de geociencias en la Facultad de Ciencias Naturales y Matemáticas. Dr. Jidong Yang, quien obtuvo su Ph.D. en geociencias de UT Dallas en mayo, y el Dr. Robert Stern, profesor de geociencias, son los coautores del estudio.

Una Tierra dinámica

Entre la capa relativamente delgada de la corteza terrestre y su núcleo interno se encuentra la parte más gruesa del planeta, el manto. En breves períodos de tiempo, el manto puede considerarse roca sólida, pero en la escala de tiempo geológica de millones de años, el manto fluye como un fluido viscoso.

La corteza terrestre se rompe en pedazos llamados placas tectónicas. Estas placas se mueven a través y dentro del manto muy lentamente, casi tan rápido como crecen las uñas. En regiones llamadas zonas de subducción, una placa desciende debajo de otra hacia el manto.

"El hundimiento de las placas oceánicas en el manto de la Tierra en las zonas de subducción es lo que hace que las placas tectónicas de la Tierra se muevan y es uno de los procesos más importantes que tienen lugar en nuestro planeta". "Zhu dijo." Las zonas de subducción también son la fuente de muchos peligros naturales, como terremotos, volcanes y tsunamis. Pero el patrón de flujo y deformación del manto alrededor de las placas descendentes aún se conoce poco. La información que proporcionan nuestras técnicas es crucial para comprender nuestro planeta dinámico ".

Investigación intensiva en datos

Zhu y sus colegas abordaron el problema utilizando una medición geofísica llamada anisotropía sísmica, que mide la diferencia en la rapidez con que las ondas mecánicas generadas por los terremotos viajan en diferentes direcciones dentro de la Tierra. La anisotropía sísmica puede revelar cómo se mueve el manto alrededor de la placa de subducción. La industria energética también utiliza una tecnología similar para localizar recursos de petróleo y gas.

"Cuando un buceador se sumerge en el agua, el agua se separa, y esa separación, a su vez, afecta la forma en que el agua se mueve alrededor del nadador, ", Dijo Zhu." Es similar con las placas oceánicas:cuando se sumergen en el manto caliente, esa acción induce la separación del manto y el flujo alrededor de las placas ".

El equipo de investigación creó las imágenes utilizando datos de alta fidelidad registrados durante un período de 10 años a partir de 180 terremotos por unos 4, 500 estaciones sísmicas ubicadas en una cuadrícula en los EE. UU. Los cálculos numéricos para el algoritmo FWI se realizaron en los grupos de computación de alto rendimiento en el Centro de Computación Avanzada de Texas apoyado por la National Science Foundation (NSF) en UT Austin, así como en supercomputadoras en UT Dallas.

"Anteriormente no podíamos 'ver' bajo la superficie de la Tierra, pero al usar esta tecnología y este maravilloso conjunto de datos, somos capaces de delinear la distribución tridimensional de varios fenómenos sísmicos y decir a qué profundidades están ocurriendo, "Dijo Zhu.

Ido a pedazos

Las imágenes confirmaron que las placas en la región de estudio no son grandes, piezas sólidas, sino que están fragmentadas en losas más pequeñas.

"Esto se ve diferente de las representaciones de libros de texto de placas tectónicas que se unen, con una pieza sólida de placa oceánica descendiendo debajo de otra pieza sólida, ", Dijo Zhu." Algunos investigadores han planteado la hipótesis de que esta fragmentación ocurre, y nuestras imágenes y modelos proporcionan evidencia que respalda ese punto de vista ".

El modelo 3-D de Zhu muestra patrones complejos de flujo del manto alrededor de una serie de fragmentos descendentes y en los espacios entre las losas. Tan grueso Se ven piezas fragmentadas en regiones de todo el mundo, Dijo Zhu.

En el noroeste de EE. UU., por ejemplo, la Placa de Juan de Fuca también se fragmenta en dos piezas donde desciende bajo la Placa de América del Norte en la zona de subducción de Cascadia, un área donde se han producido fuertes terremotos a lo largo de los siglos.

"Sabemos que la mayoría de los terremotos ocurren en la interfaz entre una losa y el manto. Si hay un espacio entre estos fragmentos, lo que se llama una región de ventana, no esperarías terremotos allí, ", Dijo Zhu." Si miras la distribución del terremoto a lo largo de la zona de subducción de Cascadia, hay un lapso donde no hay terremotos. Esa es probablemente una región donde hay una brecha en la placa oceánica en subducción.

"La trinchera de América Central que estudiamos tiene su propia y única, propiedades dinámicas. En el futuro, planeamos cambiar nuestra atención a otras zonas de subducción, incluida la zona de subducción de Kermadec-Tonga en la región de las placas de Australia y el Pacífico ".