El estudio de los terremotos proporciona información sobre la composición y el estado térmico del manto inferior de la Tierra.

Un equipo de investigación dirigido por el profesor Wu Chongqing de la Facultad de Ciencias de la Tierra y el Espacio de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China de la Academia de Ciencias de China ha logrado un progreso significativo en la restricción de la composición material y el estado térmico del manto inferior de la Tierra.

Los resultados de su investigación, titulada «El estado estructural y térmico del manto inferior de la eversión tridimensional de la articulación mediante tomografía sísmica y flexibilidad mineralógica», se publican en la revista procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.

El interior de la Tierra se puede dividir aproximadamente en corteza, manto superior, manto inferior y núcleo. El manto inferior, ubicado a profundidades entre 660 y 2.890 kilómetros debajo de la superficie, consiste en gran parte del volumen y la masa de la Tierra. Desempeña un papel crucial en la estructura y la dinámica del planeta.

Estudios sísmicos anteriores han revelado variaciones en las velocidades de las ondas sísmicas dentro del manto inferior, incluidas las provincias de baja velocidad de onda de cizallamiento (LLSVP) a gran escala en África y el Pacífico. Sin embargo, la naturaleza, el origen y los efectos de estas anomalías aún no se comprenden por completo. Por lo tanto, obtener una comprensión integral de la distribución espacial de la composición del material y la temperatura dentro del manto inferior es fundamental para revelar la formación, evolución y dinámica de la Tierra.

Para abordar estos desafíos, el equipo de investigación utilizó una combinación de tomografía sísmica y las propiedades elásticas de los minerales para determinar la composición, la distribución espacial de los materiales del manto y las temperaturas. Sin embargo, las mediciones experimentales de la elasticidad mineral en condiciones extremas del manto inferior presentan dificultades significativas.

Para evitar esto, el equipo del profesor Zhongqing desarrolló un nuevo método de cálculo de primeros principios que es computacionalmente eficiente y representa menos de una décima parte de los métodos tradicionales. Usando este enfoque, el equipo estudió extensamente las propiedades elásticas de los principales minerales en el manto inferior y logró resultados consistentes con los datos experimentales obtenidos bajo temperaturas y presiones relativamente bajas.

Al integrar datos elásticos de alta temperatura y alta presión computados de minerales del manto inferior con un modelo de tomografía 3D, el equipo de investigación logró invertir la estructura mineral 3D y la distribución de temperatura de todo el manto inferior utilizando el método Monte Carlo de la cadena de Markov. Además, derivaron un modelo de densidad 3D para el manto inferior.

Los resultados de la inversión revelaron que la distribución lateral de la temperatura en el manto inferior sigue un patrón gaussiano, con variaciones mínimas en el rango de profundidad de 1600 km. Sin embargo, a medida que aumenta la profundidad, la distribución se amplía gradualmente. Sorprendentemente, en la parte inferior del manto inferior, la distribución lateral de la temperatura se desvía del patrón gaussiano, lo que indica una fuerte heterogeneidad lateral, probablemente asociada con la presencia de LLSVP.

Un análisis posterior mostró que las anomalías térmicas contribuyen principalmente a las anomalías de velocidad en la parte superior del manto inferior, mientras que las diferencias en la composición química influyen principalmente en las anomalías de velocidad en la parte más profunda del manto.

El estudio también reveló que los LLSVP exhiben densidades más altas en la parte inferior del manto inferior en comparación con el manto circundante, mientras que muestran densidades más bajas por encima de una profundidad de aproximadamente 2700 km. Además, los LLSVP se caracterizan por temperaturas elevadas y ricas concentraciones de hierro y brigmanita, lo que respalda la hipótesis de que los LLSVP pueden haberse originado en los océanos de magma basal primordial durante las primeras etapas de la evolución de la Tierra.

Los resultados de esta investigación brindan información fundamental sobre la composición y el estado térmico del manto inferior de la Tierra, lo que mejora en gran medida nuestra comprensión de la estructura profunda del planeta. Se espera que estos conocimientos tengan un profundo impacto en la investigación sobre la formación, evolución y dinámica de la Tierra.