Imagina colocar una piedra sobre un trozo de cartón suspendido. Si el cartón es fuerte y abundante, como la portada de un libro de tapa dura, la piedra puede permanecer allí durante mucho tiempo y la tabla apenas se flexionará debido al peso de la piedra. Pero si el cartón es endeble, más como cartulina, comenzará a ceder bajo el peso de la roca, distorsionando en forma y estructura.

La científica de la tierra Donna Shillington estudia un concepto similar cuando estudia el peso de la lava endurecida, o magma, en la superficie de la tierra. Cuando los volcanes hacen erupción, escupiendo fuego, la lava se enfría con el tiempo y los compuestos, agregando peso y tensión que puede hacer que las placas tectónicas más endebles de la Tierra se doblen y agrieten, que puede crear terremotos, y en algunos casos, tsunamis.

Shillington quiere saber exactamente cuánto magma se endurece debajo de una cadena de volcanes en la placa del Pacífico, que se encuentra debajo del Océano Pacífico. También está investigando qué tan fuerte es el plato, y si se comportará más como el cartón o la cartulina bajo el peso de la piedra, o en este caso, magma.

Extendiéndose 40 millones de millas cuadradas a través de la superficie de la Tierra, la placa del Pacífico se cierne sobre un punto de acceso, donde el material muy caliente de las profundidades de la Tierra se eleva hacia arriba. A medida que la placa se ha deslizado a través de este punto de acceso durante las últimas decenas de millones de años, el calor escapado al interactuar con la placa causó erupciones volcánicas y creó la cadena de montes submarinos Hawaiian-Emperor, una cadena montañosa que se extiende 3, 900 millas desde la Fosa de las Aleutianas en el noroeste del Pacífico hasta el monte submarino Lo'ihi a solo 22 millas al sureste de la isla de Hawai. La mayor parte de la cadena está bajo el agua (se han identificado al menos 80 volcanes submarinos) y las islas hawaianas son los únicos picos expuestos en el sistema.

Como ocurre con cualquier sistema montañoso, los científicos quieren saber de qué se compone, cómo se formó, y cómo ha cambiado con el tiempo. Pero, porque los volcanes más jóvenes de esta cadena son capaces de hacer erupción y producir terremotos o tsunamis, Los científicos también quieren saber cómo la carga que la cadena ha agregado a la Placa del Pacífico puede influir en los desastres naturales. Más importante, quieren saber qué tan fuerte es la placa estudiando cómo responde a la carga de los volcanes gigantes.

Desafortunadamente, Las islas hawaianas sobre el nivel del mar, fáciles de muestrear, son solo una pequeña parte de la cadena expansiva y solo una parte de la historia. Para obtener las respuestas que necesitan Shillington y sus colegas tienen que ir mucho mucho más profundo, por debajo del fondo del océano.

Durante el curso académico 2018-19, cuando Shillington era profesor de investigación Lamont en el Observatorio Terrestre Lamont-Doherty de la Universidad de Columbia, dirigió dos cruceros de investigación a la cadena de montes submarinos Hawaiian-Emperor:uno a la parte joven hawaiana de la cadena, y el otro a la mitad norte más antigua, donde los volcanes tienen hasta 80 millones de años. Quería aprender todo lo que pudiera sobre los volcanes submarinos y la tierra debajo de ellos para comprender cómo la Placa del Pacífico se mantiene bajo el peso del magma. y también, donde está ese magma exactamente.

"Conocer las propiedades de esa placa es importante para comprender cómo responderá, "dijo Shillington, quien ahora es profesor asociado en la Universidad del Norte de Arizona. "La fuerza de una placa es lo fundamental que controlará su comportamiento. Por ejemplo, la fuerza de la placa oceánica dictará cómo se dobla y se empuja hacia abajo debajo de los continentes en las zonas de subducción, un lugar que crea terremotos ".

Viajando con Shillington en la expedición iban otros dos científicos de Lamont-Doherty:Brian Boston, un científico investigador postdoctoral y Will Fortin, un científico investigador asociado. El equipo de investigadores principales también incluyó a un científico de la Universidad de Oxford, Tony Watts; tres científicos de la Universidad de Hawái:Robert Dunn, Garrett Ito, Paul Wessel; dos científicos del Servicio Geológico de Estados Unidos:Uri ten Brink y Nathan Miller; y un científico de GEOMAR, Ingo Grevemeyer. A través de un proceso de solicitud competitivo, el equipo también invitó a estudiantes graduados de todo el país a unirse a los cruceros, y los estudiantes escribieron en su blog sobre la experiencia.

Dos veces, en octubre de 2018 y nuevamente en abril de 2019, el equipo zarpó en el R / V Marcus G. Langseth, un barco que es propiedad de la Fundación Nacional de Ciencias y operado por el Observatorio Terrestre Lamont-Doherty. La embarcación es especial porque tiene tecnología a bordo que permite a los científicos crear mapas bidimensionales y tridimensionales de la estructura de la tierra millas por debajo del lecho marino.

Se necesitaron nueve días de navegación desde las islas hawaianas para llegar a su ubicación de muestreo en la cadena de montes submarinos Emperador en el Océano Pacífico. dijo Fortin. Era, en términos más simples, en el medio de la nada. La vista típica desde estribor era simplemente niebla.

Sin embargo, el equipo no estaba para mirar o tocar, sino escuchar. Usando la tecnología de mapeo sísmico a bordo del barco, mapearían la topografía submarina enviando ondas de sonido al agua y midiendo cómo hacían eco, una técnica llamada imagen sísmica.

"La sismología es esencialmente pararse en un cañón y gritar 'eco' y luego escuchar 'eco' volver a ti, pero mucho más complicado y mucho más silencioso, "dijo Fortin." Cuando escuches 'eco' regresa a ti, si registra la forma de onda y presta mucha atención, puedes saber en qué tipo de roca está rebotando porque el eco que regresa cambia en función de lo que golpea. Ya sea que esté en un lugar con un cañón de arenisca o hay una roca de granito, puede obtener esa información de cómo suena el eco:qué tan fuerte es, y cómo está distorsionado ".

Para medir el eco el equipo arrojó por la borda sismómetros del tamaño de un barril, donde se hundieron más de tres millas para descansar en el fondo del océano y tomar medidas de presión y movimiento del suelo. También remolcaron un cable de nueve millas de largo equipado con sensores de presión detrás del barco.

Luego, gritaron en el cañón. Usando un arsenal de pistolas de compresor de aire a bordo, lanzaron burbujas de aire al agua. Escucharon, en tiempo real, y grabaron.

Además de los ecos detectados en la columna de agua por las serpentinas de los barcos, "a medida que producimos las ondas sísmicas, los sismómetros en el fondo del océano registraron cómo se propagan las ondas a través de la corteza terrestre, "dijo Boston.

Fortin también está estudiando el papel que juega la cadena montañosa en la circulación y mezcla del agua de mar. Comprender la topografía de la cadena y su composición material lo ayudará a descubrir, al igual que observar de cerca cómo se mueven los ecos a través de la columna de agua.

Grabar y analizar los ecos en el agua, y especialmente en el agua fría, puede resultar bastante tedioso, dijo Fortin. Mientras que la pizarra y la arenisca reflejan alrededor del 20 por ciento del sonido original, sólo alrededor del 0,05 por ciento de la energía del sonido original se refleja entre diferentes capas de agua.

"Los reflejos dentro de la columna de agua son más apagados y silenciosos, como un eco que regresa de una almohada en lugar de la pared de un cañón, "dijo Fortin." Es decir, a menos que tuvieras equipo especializado como un barco sísmico o orejas de murciélago, no oirías un eco de tu almohada. Estos ecos son tan silenciosos y se necesita algo de delicadeza. Estoy modificando algunos de mis métodos computacionales para poder hacerlo ".

Finalmente, el equipo también quiere saber cuánto magma nuevo se está endureciendo debajo de los volcanes.

"Algo de magma llega a la superficie, donde estalla como lava fluye, "dijo Shillington." Sin embargo, algunos de los magmas no llegan a la superficie; en cambio, se enfrían y cristalizan en rocas debajo de la superficie de la Tierra ".

El equipo usa ondas sonoras para determinar el grosor, composición y distribución espacial de los magmas que cristalizaron y se convirtieron en rocas en profundidad y nunca llegaron a la superficie.

Un año después, los datos aún se están analizando para crear una imagen completa de lo que hay debajo, y cómo puede haber cambiado con el tiempo.

"Tuvimos la suerte de poder recopilar tantos datos, y este es solo el comienzo de todo lo que esperamos descubrir en estos conjuntos de datos, "dijo Shillington. Debido a la ubicación remota, "nadie volverá a recopilar datos donde trabajamos durante muchos años".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de Earth Institute, Universidad de Columbia http://blogs.ei.columbia.edu.