En un estudio que da un nuevo significado al término "tocar fondo, "Los investigadores sísmicos han descubierto la parte inferior de una losa rocosa de la capa superficial de la Tierra, o litosfera, que ha sido arrastrado a más de 400 millas por debajo del noreste de China por el proceso de subducción tectónica.

El estudio, publicado por un equipo de investigadores chinos y estadounidenses en Naturaleza Geociencia , ofrece nuevas pruebas sobre lo que les sucede a las placas tectónicas oceánicas ricas en agua a medida que se dibujan a través del manto de la Tierra debajo de los continentes.

El sismólogo de la Universidad de Rice, Fenglin Niu, un coautor correspondiente, dijo que el estudio proporciona las primeras imágenes sísmicas de alta resolución de los límites superior e inferior de una roca, o litosférico, placa tectónica dentro de una región clave conocida como la zona de transición del manto, que comienza a unas 254 millas (410 kilómetros) por debajo de la superficie de la Tierra y se extiende hasta unas 410 millas (660 kilómetros).

"Muchos estudios sugieren que la losa en realidad se deforma mucho en la zona de transición del manto, que se vuelve suave, por lo que se deforma fácilmente "Dijo Niu. Cuánto se deforma la losa o conserva su forma es importante para explicar si se mezcla con el manto y cómo y qué tipo de efecto de enfriamiento tiene".

El manto de la Tierra se convence como el calor en un horno. El calor del núcleo de la Tierra se eleva a través del manto en el centro de los océanos, donde se forman las placas tectónicas. Desde allí, el calor fluye a través del manto, enfriándose a medida que avanza hacia los continentes, donde cae hacia el núcleo para recolectar más calor, subir y completar el círculo convectivo.

Estudios anteriores han investigado los límites de subducción de losas en el manto, pero pocos han mirado a más de 125 millas (200 kilómetros) y ninguno con la resolución del estudio actual, que utilizó más de 67, 000 mediciones recopiladas de 313 estaciones sísmicas regionales en el noreste de China. Ese trabajo, que se realizó en colaboración con la Administración de Terremotos de China, fue dirigido por el coautor Qi-Fu Chen de la Academia de Ciencias de China.

La investigación investiga cuestiones fundamentales sobre los procesos que dieron forma a la superficie de la Tierra durante miles de millones de años. La convección del manto impulsa los movimientos de las placas tectónicas de la Tierra, piezas rígidas entrelazadas de la superficie de la Tierra que están en constante movimiento mientras flotan sobre la astenosfera, la capa superior del manto y la parte más fluida del planeta interior.

Donde las placas tectónicas se encuentran, se empujan y muelen juntos, liberando energía sísmica. En casos extremos, esto puede causar terremotos y tsunamis destructivos, pero la mayor parte del movimiento sísmico es demasiado débil para que los humanos lo sientan sin instrumentos. Usando sismómetros, los científicos pueden medir la magnitud y la ubicación de las perturbaciones sísmicas. Y debido a que las ondas sísmicas se aceleran en algunos tipos de rocas y disminuyen en otras, los científicos pueden usarlos para crear imágenes del interior de la Tierra, de la misma manera que un médico podría usar el ultrasonido para obtener imágenes de lo que hay dentro de un paciente.

Niu, un profesor de la Tierra, ciencias ambientales y planetarias en Rice, ha estado a la vanguardia de las imágenes sísmicas durante más de dos décadas. Cuando hizo su doctorado. formación en Japón hace más de 20 años, Los investigadores estaban utilizando densas redes de estaciones sísmicas para recopilar algunas de las primeras imágenes detalladas de los límites de las losas sumergidas de la placa del Pacífico. la misma placa que fue fotografiada en el estudio publicado esta semana.

"Japón se encuentra aproximadamente donde la placa del Pacífico alcanza una profundidad de unos 100 kilómetros, "Niu dijo." Hay mucha agua en esta losa, y produce mucha fusión parcial. Eso produce volcanes de arco que ayudaron a crear Japón. Pero, todavía estamos debatiendo si esta agua se libera totalmente en esa profundidad. Cada vez hay más evidencia de que una parte del agua permanece dentro del plato para ir mucho, mucho más profundo ".

El noreste de China ofrece uno de los mejores puntos de observación para investigar si esto es cierto. La región es aproximadamente 1, 000 kilómetros de la trinchera de Japón donde la placa del Pacífico comienza a sumergirse en el interior del planeta. En 2009, con fondos de la National Science Foundation y otros, Niu y científicos de la Universidad de Texas en Austin, la Administración de Terremotos de China, el Instituto de Investigación de Terremotos de la Universidad de Tokio y el Centro de Investigación para la Predicción de Terremotos y Erupciones Volcánicas de la Universidad de Tohoku de Japón comenzaron a instalar sismómetros de banda ancha en la región.

"Pusimos 140 estaciones allí, y, por supuesto, cuantas más estaciones mejor para la resolución, ", Dijo Niu." La Academia de Ciencias de China puso estaciones adicionales para que puedan obtener una mejor, imagen más detallada ".

En el nuevo estudio, Los datos de las estaciones revelaron los límites superior e inferior de la placa del Pacífico, sumergiéndose en un ángulo de 25 grados dentro de la zona de transición del manto. La ubicación dentro de esta zona es importante para el estudio de la convección del manto porque la zona de transición se encuentra debajo de la astenosfera, en profundidades donde el aumento de la presión hace que los minerales específicos del manto experimenten cambios de fase dramáticos. Estas fases de los minerales se comportan de manera muy diferente en los perfiles sísmicos, al igual que el agua líquida y el hielo sólido se comportan de manera muy diferente aunque estén formados por moléculas idénticas. Debido a que los cambios de fase en la zona de transición del manto ocurren a presiones y temperaturas específicas, los geocientíficos pueden usarlos como un termómetro para medir la temperatura en el manto.

Niu dijo que el hecho de que tanto la parte superior como la inferior de la losa sean visibles es evidencia de que la losa no se ha mezclado completamente con el manto circundante. Dijo que las firmas de calor de porciones parcialmente fundidas del manto debajo de la losa también proporcionan evidencia indirecta de que la losa transportó parte de su agua a la zona de transición.

"El problema es explicar cómo se pueden dejar caer estos materiales calientes en la parte más profunda del manto, "Dijo Niu." Todavía es una pregunta. Porque estan calientes son optimistas ".

Esa flotabilidad debería actuar como un salvavidas, empujando hacia arriba en la parte inferior de la losa hundida. Niu dijo que la respuesta a esta pregunta podría ser que han aparecido agujeros en la losa deformada, permitiendo que el termofusible suba mientras la losa se hunde.

"Si tienes un agujero, saldrá el derretimiento, ", dijo." Por eso creemos que la losa puede ser más profunda ".

Los agujeros también podrían explicar la aparición de volcanes como el Changbaishan en la frontera entre China y Corea del Norte.

"Es 1, 000 kilómetros del límite de la placa, ", Dijo Niu." Realmente no entendemos el mecanismo de este tipo de volcán. Pero el derretimiento que surge de los agujeros en la losa podría ser una posible explicación ".