Restos del antiguo océano global de magma bajo el Mar del Coral
Científicos que estudian los terremotos del Pacífico Sur sugieren que una zona de velocidad ultrabaja en el límite entre el núcleo y el manto puede ser un remanente de una Tierra primitiva fundida.
Frente a la costa noreste de Australia, los arrecifes salpican el Mar de Coral, a menudo poco profundo, hogar de la Gran Barrera de Coral. Casi 2.900 kilómetros por debajo de esta colección de animales marinos, una característica inusual se encuentra en el límite entre el núcleo rico en hierro de la Tierra y su manto en su mayoría sólido: una zona de velocidad ultrabaja, nombrada acertadamente porque tiene velocidades sísmicas muy bajas junto con una densidad más alta en relación con el material del manto a profundidades similares.
Velocidades tan bajas podrían insinuar un manto parcialmente derretido, posiblemente enriquecido con hierro. Sin embargo, un equipo internacional de investigadores dirigido por Surya Pachhai, becaria postdoctoral en la Universidad de Utah, argumenta en un nuevo estudio en Nature Geoscience que esta particular mancha de desaceleración de ondas sísmicas contiene capas que representan restos antiguos de la historia temprana de la Tierra, cuando el globo pudo haber estado cubierto por un tipo diferente de océano, uno de magma que se extendía hasta el límite entre el núcleo y el manto.
Las zonas de velocidad ultrabaja en el límite entre el núcleo y el manto se reconocieron por primera vez hace casi 30 años, pero siguen siendo enigmáticas en parte porque los científicos no pueden recolectar muestras físicas, dijo en un comunicado Mike Thorne, sismólogo de la Universidad de Utah y coautor del estudio. En cambio, los terremotos producen ciertas ondas sísmicas llamadas ondas ScP que penetran grandes profundidades antes de rebotar en el límite entre el núcleo y el manto, de regreso solo hacia aquellas estaciones sísmicas ubicadas relativamente cerca del epicentro. "Podemos inferir directamente algunas de las propiedades [de la zona de velocidad ultrabaja] a través de [estas] ondas sísmicas", dijo.
El Mar de Coral se encuentra sobre una de las zonas mejor resueltas de estas zonas de desaceleración de ondas. Al este, entre Nueva Zelanda y Tonga, la antigua y fría placa del Pacífico se hunde hacia el oeste, profundamente en el manto, donde los terremotos inevitablemente se rompen a unos cien kilómetros o más por debajo de la superficie. A medida que las ondas sísmicas emanan hacia el límite entre el núcleo y el manto, se saltan la complejidad de la corteza terrestre en el camino hacia abajo, dijo Thorne.
La proximidad entre estos terremotos y las estaciones sísmicas en Australia da como resultado la "geometría perfecta" para capturar ondas ScP, dijo Thorne, que se reflejan a frecuencias más altas y longitudes de onda más cortas que otras ondas sísmicas, y contienen detalles preciosos que las señales de longitud de onda más larga pasarían por alto.
De 1.282 terremotos que se originaron cerca de Tonga, Fiji y Vanuatu entre 2001 y 2014, Pachhai y sus colegas redujeron el número a 10. Eliminaron los terremotos de menos de 80 kilómetros para evitar la corteza, mantuvieron los de magnitudes entre 5,0 y 6,5 y utilizaron otros criterios para garantizar solo los datos de la más alta calidad.
Sin embargo, un sismograma recolectado de una sola estación durante un solo terremoto es insuficiente para estudiar zonas de velocidad ultrabaja. En cambio, Pachhai y sus colegas apilaron varios sismogramas como una forma de mejorar la señal en relación con el ruido. Apilaron datos de entre 20 y 25 estaciones agrupadas para garantizar que las ondas medidas rebotaran en la misma estructura en el límite entre el núcleo y el manto, dijo Pachhai.
Armados con su conjunto de formas de onda sísmicas apiladas, recurrieron a un software que puede calcular sismogramas sintéticos para compararlos con la grabación apilada real, dijo Thorne.
Estudios previos en la región modelaron esta zona de velocidad ultrabaja como una sola capa con un gradiente de velocidad, dijo John Hernlund, científico planetario del Instituto de Tecnología de Tokio que no participó en este estudio.
En el estudio de Pachhai, los investigadores variaron no solo parámetros como la densidad, el grosor y las velocidades sísmicas, sino también el número de capas dentro de la zona de velocidad ultrabaja. Cambiando aleatoriamente estos parámetros dentro de un rango razonable de valores y comparando los sismogramas sintéticos resultantes con los reales miles de veces, pudieron crear histogramas de cada parámetro del modelo. Los histogramas borrosos significaban que los modelos no podían restringir las causas de las ondulaciones en la verdadera forma de onda sísmica apilada, dijo Pachhai. Los histogramas nítidos y enfocados, que mostraban capas de entre 2 y 10 kilómetros de espesor, significaban que los modelos coincidían con las ondulaciones medidas, lo que arrojaba un resultado sólido.
Según su análisis, dijo Thorne, "esta característica en particular... tiene que tener esta estructura en capas para poder explicar las formas de onda sísmicas que la atraviesan".
Cuando los planetesimales chocaron en el sistema solar primitivo, la Tierra comenzó a fusionarse. El hierro y otros elementos densos se hundieron en el núcleo naciente. "El hierro es muy denso", dijo Hernlund. "[Cuando] baja, no quiere volver a subir".
Los científicos sospechan fuertemente que un objeto del tamaño de Marte entró en la Tierra primitiva hace unos 4.500 millones de años, creando la Luna y derritiendo el manto en una mezcla masiva de roca fundida, gas y cristales suspendidos en el magma, dijo Pachhai.
A medida que este océano de magma global comenzó a enfriarse, los materiales densos se habrían hundido, capa por capa, hasta el límite entre el núcleo y el manto. Los modelos geodinámicos dirigidos por el coautor Mingming Li, geodinámico de la Universidad Estatal de Arizona, mostraron cómo estas capas densas podrían sobrevivir a la convección agitada que mezcló gran parte del manto.
Si la hipótesis del océano de magma es correcta, todavía existen restos de las heterogeneidades químicas de la Tierra primitiva, 4.500 millones de años después. Una forma de probar esto es observar otras zonas de velocidad ultrabaja con un detalle igualmente exquisito, dijo Thorne. Si las capas son comunes a estas características, dijo, "entonces una buena manera de generarlas es a través de este... concepto de océano de magma".
"Personalmente, consideraría el derretimiento parcial como una causa natural, junto con las variaciones de composición", objetó Hernlund, aunque fue uno de los primeros en proponer que estas características podrían provenir de restos densos de un océano de magma.
"[Las zonas de velocidad ultrabaja] tienen una historia que contar", dijo Hernlund, "una muy importante que se remonta a antes de que la Tierra fuera siquiera un planeta".
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