Posibles residuos químicos de la Tierra primitiva se encuentran cerca del núcleo.

Hagamos un viaje a las profundidades de la tierra, a través de la corteza y el manto casi hasta el núcleo. Usaremos ondas sísmicas para mostrar el camino, ya que rebotan en el planeta después de un terremoto y revelan su estructura interna como ondas de radar.

Cerca del corazón, allí Regiones Donde las ondas sísmicas disminuyen hasta el punto de fluencia. Una nueva investigación de la Universidad de Utah ha encontrado que estas regiones misteriosas y de muy baja velocidad tienen capas sorprendentes. El modelado sugiere que es posible que algunas de estas áreas sean restos de los procesos que formaron la Tierra primitiva: los restos de una mezcla irregular como grumos de harina en el fondo del cuenco de la mezcla.

Thorne, profesor asistente en el Departamento de Geología y Geofísica: «De todas las características que conocemos en el manto profundo, las regiones de muy baja velocidad representan lo que puede ser el más extremo». «De hecho, estos son algunos de los rasgos más extremos que se encuentran en cualquier parte del planeta».

El estudio fue publicado en ciencias naturales de la tierra Está financiado por la National Science Foundation.

en una capa

Repasemos cómo está estructurado el subsuelo. Vivimos en la corteza, una fina capa de roca dura. Entre la corteza y el núcleo de hierro-níquel en el centro del planeta se encuentra el manto. No es un océano de lava; en cambio, se parece más a una roca sólida, pero es caliente y tiene la capacidad de moverse que impulsa el movimiento de las placas tectónicas en la superficie.

¿Cómo podemos tener una idea de lo que está sucediendo en el manto y el núcleo? ondas sísmicas. A medida que ondulan por el suelo después del terremoto, los científicos en la superficie pueden medir cómo y cuándo llegan las ondas a las estaciones de monitoreo de todo el mundo. Con estas mediciones, pueden calcular cómo las ondas son reflejadas y desviadas por estructuras dentro de la Tierra, incluidas capas de diferentes densidades. Así es como conocemos los límites entre la corteza, el manto y el núcleo, y en parte, cómo sabemos cuáles son sus componentes.

Las regiones de muy baja velocidad se encuentran en la parte inferior del manto, por encima del núcleo externo de metal líquido. En estas regiones, las ondas sísmicas disminuyen a la mitad y la intensidad aumenta en un tercio.

Los científicos inicialmente pensaron que estas áreas eran áreas de manto parcialmente derretido, posiblemente una fuente de magma para las llamadas regiones volcánicas «calientes» como Islandia.

«Pero la mayoría de las cosas que llamamos áreas de muy baja velocidad no parecen estar debajo de los puntos calientes de los volcanes, por lo que no puede ser toda la historia», dice Thorne.

Entonces, Thorne, el científico postdoctoral Surya Bachai y sus colegas de la Universidad Nacional de Australia, la Universidad Estatal de Arizona y la Universidad de Calgary se propusieron explorar una hipótesis alternativa: que las regiones de muy baja velocidad podrían ser regiones hechas de rocas diferentes del resto. manto – y que su composición puede remontarse a los inicios de la tierra.

Quizás, las regiones de velocidad ultrabaja podrían ser grupos de óxido de hierro, que vemos como óxido en la superficie, pero pueden comportarse como metal en el manto profundo, dice Thorne. Si es así, las bolsas de óxido de hierro justo fuera del núcleo podrían afectar el campo magnético de la Tierra generado directamente debajo.

«Las propiedades físicas de las regiones de velocidad ultrabaja están relacionadas con su origen», dice Bachai, «que a su vez proporciona información importante sobre el estado térmico y químico, la evolución y la dinámica del manto inferior de la Tierra, una parte esencial de la convección del manto». que impulsa la tectónica de placas «.

Ondas sísmicas de ingeniería inversa

Para obtener una imagen clara, los investigadores estudiaron las áreas de velocidad ultrabaja bajo el Mar del Coral, entre Australia y Nueva Zelanda. Es una ubicación ideal debido a la abundancia de sismicidad en la región, que proporciona una imagen sísmica de alta resolución del límite entre el núcleo y el manto. La esperanza era que las observaciones de alta resolución revelaran más sobre cómo se agrupan las regiones de velocidad ultrabaja.

Pero obtener una imagen sísmica de algo a lo largo de unas 1.800 millas de corteza y manto no es fácil. Tampoco siempre es concluyente: una capa gruesa de un material de baja velocidad puede reflejar ondas sísmicas de la misma manera que una capa delgada de un material de baja velocidad.

Entonces, el equipo utilizó un enfoque de ingeniería inversa.

“Podemos crear un modelo de la Tierra que incluya reducciones de velocidad de onda muy bajas”, dice Bachai, y luego ejecutar una simulación por computadora que nos diga cómo se verían las formas de onda sísmica si esa fuera la forma real de la Tierra. El siguiente paso es comparar esas grabaciones esperadas con las grabaciones que ya tenemos «.

A lo largo de cientos de miles de ejecuciones del modelo, el método, llamado inversión bayesiana, produce un modelo matemático robusto del interior con una buena comprensión de las incertidumbres y compensaciones de varios supuestos en el modelo.

Una pregunta específica que los investigadores querían responder era si había estructuras internas, como capas, dentro de regiones de muy baja velocidad. La respuesta, según los modelos, es que las capas están muy ponderadas. Este es un gran problema, porque muestra la forma de entender cómo se ven estas áreas.

«Hasta donde sabemos, este es el primer estudio que utiliza un enfoque bayesiano en este nivel de detalle para investigar regiones de muy baja velocidad», dice Bachai, «y también es el primero en mostrar capas fuertes dentro de una región de muy baja velocidad». «

Mirando hacia atrás a los orígenes del planeta

¿Qué significa que hay capas potenciales?

Hace más de cuatro mil millones de años, cuando el hierro denso se hundió en el núcleo de la Tierra primitiva y los metales más ligeros flotaban en el manto, un cuerpo planetario del tamaño de Marte pudo haber chocado con el planeta infantil. La colisión puede haber arrojado escombros a la órbita de la Tierra que más tarde podrían haber formado la Luna. También elevó dramáticamente la temperatura de la Tierra, como era de esperar de dos planetas que chocan entre sí.

«Como resultado, se formó una gran masa de magma, conocida como océano de magma», dice Bachai. El «océano» estaba formado por rocas, gases y cristales suspendidos en magma.

El océano se habría ordenado solo a medida que se enfriaba, con el material más denso y en capas hundiéndose hasta el fondo del manto.

Durante los siguientes miles de millones de años, a medida que el manto se tambaleaba y se convertía en convección, la capa densa habría sido empujada en pequeños parches, emergiendo como las regiones de capas de muy baja velocidad que vemos hoy.

“Entonces, el hallazgo inicial y más sorprendente es que las regiones de muy baja velocidad no son homogéneas pero tienen fuertes heterogeneidades (diferencias estructurales y de composición) dentro de ellas”, dice Bachai. “Este descubrimiento cambia nuestra visión del origen y la dinámica de las velocidades muy bajas regiones. Hemos descubierto que este tipo de región de muy baja velocidad puede explicarse por la heterogeneidad química que se creó al principio de la historia de la Tierra y que aún no lo han hecho. mezclado bien después de 4.500 millones de años de convección en el manto «.

No es la ultima palabra

El estudio proporciona alguna evidencia de los orígenes de algunas regiones de muy baja velocidad, aunque también hay evidencia que apunta a orígenes diferentes para otras, como el derretimiento de la corteza oceánica que se hunde nuevamente en el manto. Pero si al menos algunos muy bajos ● velocidad Las regiones son restos de la Tierra primitiva, conservan parte de la historia del planeta que de otro modo se perdería.

“Por lo tanto, nuestro descubrimiento proporciona una herramienta para comprender el estado térmico y químico inicial de la Tierra. capay su evolución a largo plazo «, dice Bachai. »