Descubren una estructura "inusual" en el interior de la Tierra

Una investigación dirigida por la Universidad de Cambridge ha logrado por primera vez obtener una imagen detallada de una inusual estructura de roca en la zona límite con el núcleo de la Tierra, a unos 3.000 kilómetros bajo la superficie. Este cuerpo sólido, situado allí donde no se esperaba su presencia, podría explicar la existencia de volcanes como los de Hawái y otros repartidos por la Tierra.

Esta enigmática área de roca, que se encuentra casi directamente debajo de las islas hawaianas, es una de varias ‘zonas de velocidad ultrabaja’ —llamada así porque las ondas sísmicas se vuelven lentas a medida que pasan a través de ellas— que se han descubierto.

La investigación, publicada esta semana en Nature Communications, es la primera en revelar en detalle la compleja variabilidad interna de una de estas zonas, arrojando así luz sobre el paisaje del interior profundo de la Tierra y los procesos que operan dentro de él.

«De todas las características intraterrestres, estas son las más fascinantes y complejas. Ahora tenemos la primera evidencia sólida que muestra su estructura interna: es un hito real en la sismología de la tierra profunda», dijo el autor principal Zhi Li, estudiante del Departamento de Ciencias de la Tierra de Cambridge.

El interior de la Tierra tiene capas estructuradas como una cebolla: en el centro se encuentra el núcleo de hierro y níquel, rodeado por una capa gruesa conocida como manto, y encima de él hay una capa exterior delgada —la corteza en la que vivimos—.

Aunque el manto es roca sólida, está lo suficientemente caliente como para fluir de una manera extremadamente lenta. Estas corrientes de convección interna alimentan con calor a la superficie, impulsando el movimiento de las placas tectónicas y alimentando también las erupciones volcánicas.

Los científicos utilizan las ondas sísmicas para ver qué hay bajo la superficie de la Tierra; los ecos y las sombras de estas ondas revelan imágenes similares a las de un radar en la topografía interior profunda. Pero hasta hace poco, las imágenes de las estructuras en el límite entre el núcleo y el manto —un área de interés clave para estudiar el flujo de calor interno de nuestro planeta— eran demasiado granulosas, con poca definición y difíciles de interpretar.

Ahora, los investigadores han utilizado los últimos métodos de modelado numérico para así poder revelar estructuras con mucha mayor resolución en el límite entre el núcleo y el manto.

«Realmente estamos superando los límites de la computación moderna de alto rendimiento para las simulaciones elastodinámicas, aprovechando las simetrías de onda que antes no se notaban o no se usaban», dijo Kuangdai Leng, quien desarrolló los métodos mientras estaba en la Universidad de Oxford.

Una gran bolsa de hierro fuera del núcleo

Observaron una reducción del 40 % en la velocidad de las ondas sísmicas que viajaban en la base de la zona de velocidad ultrabaja debajo de Hawái. Según los autores, esto respalda la opinión de que la zona contiene mucho más hierro que las rocas circundantes, lo que significa que es más densa y lenta.

«Es posible que este material rico en hierro sea un remanente de rocas antiguas de la historia temprana de la Tierra o incluso que el hierro se esté escapando del núcleo por un medio desconocido», indicó la responsable del proyecto, Sanne Cottaar, de la Universidad de Cambridge.

La nueva investigación también podría ayudar a los científicos a comprender qué es lo que hay debajo de nosotros y qué da lugar a cadenas volcánicas como las islas de Hawái. De hecho, se ha comenzado a notar una correlación entre la ubicación de determinados volcanes, como los de Hawái e Islandia, y las zonas de velocidad ultrabaja en la base del manto.

El origen de los volcanes de punto caliente ha sido ampliamente debatido, pero la teoría más aceptada sugiere que las estructuras similares a penachos obtienen material del manto caliente, en el límite con el núcleo, que llega hasta la superficie.

Con las nuevas imágenes obtenidas de la zona de velocidad ultrabaja debajo de Hawái, los científicos también pueden recopilar evidencias físicas de lo que probablemente sea la raíz de la columna que alimenta a Hawái.

La detección de roca densa y rica en hierro respaldaría las observaciones hechas en la superficie: «Los basaltos que brotan de Hawái tienen firmas isotópicas anómalas que podrían apuntar a un origen de la Tierra primitiva o a una fuga en el núcleo », explicó Cottaar.

Ahora es necesario obtener imágenes adicionales del límite entre el núcleo y el manto para comprobar si todos los puntos calientes de la superficie tienen una bolsa de material denso bajo ellos, en el interior de la Tierra. Dónde y cómo se puede situar el límite entre el núcleo y el manto depende de dónde ocurren los terremotos y dónde se instalan los sismómetros para registrar las ondas.

Las observaciones del equipo se suman a un creciente número de evidencias que demuestran que el interior profundo de la Tierra es tan variable como su superficie. El próximo paso consistirá en aplicar estas nuevas técnicas para mejorar la resolución de las imágenes de otras zonas de roca en el límite entre el núcleo y el manto, así como cartografiar nuevas zonas.

Estudio de referencia: https://www.nature.com/articles/s41467-022-30502-5

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