Los geofísicos descifran misteriosas señales sísmicas profundas

Los geofísicos han descubierto un vínculo entre las ondas sísmicas llamadas precursoras de PKP y anomalías en el manto terrestre.

Un nuevo estudio revela que las señales sísmicas PKP anteriores, que han desconcertado a los científicos durante años, se originan en regiones de velocidad extremadamente baja ubicadas en las profundidades de América del Norte y el Océano Pacífico occidental. Estos hallazgos de investigadores de la Universidad de Utah vinculan estas regiones con importantes características geológicas, como volcanes calientes, utilizando técnicas sísmicas avanzadas para rastrear sus orígenes hasta el límite entre el núcleo y el manto.

Introducción a PKP y acertijos sísmicos

Durante las décadas transcurridas desde su descubrimiento, las señales sísmicas conocidas como precursoras de PKP han sido un desafío para los científicos. Las regiones del manto inferior de la Tierra dispersan las ondas sísmicas entrantes, que regresan a la superficie en forma de ondas PKP a diferentes velocidades.

El origen de las señales anteriores, que llegan antes que las principales ondas sísmicas que viajan a través del núcleo de la Tierra, aún no está claro, pero una investigación dirigida por geofísicos de la Universidad de Utah ha arrojado nueva luz sobre esta misteriosa energía sísmica.

Los antepasados ​​del PKP parecen extenderse desde lugares profundos de América del Norte y el Océano Pacífico occidental y pueden estar asociados con «zonas de velocidad extremadamente baja», capas delgadas en el manto donde las ondas sísmicas se desaceleran dramáticamente, según una investigación publicada el 10 de agosto. en Avances AGUla revista insignia de la Unión Geofísica Estadounidense.

Vinculando a los ancestros del PKP con las características geológicas

«Estas son algunas de las características más extremas jamás descubiertas en el planeta», dijo el autor principal Michael Thorne, profesor asociado de geología y geofísica en la Universidad de Utah. «No sabemos realmente qué son, pero hay una cosa que sí sabemos. Lo que sí sé es que parecen estar acrecentándose debajo de volcanes calientes”. «Parece que pueden ser la raíz de columnas enteras del manto que dan lugar a volcanes calientes».

Estas columnas son responsables de la actividad volcánica observada en el Parque Nacional Yellowstone, las islas Hawaianas, Samoa, Islandia y las Islas Galápagos.

«Parece que estos volcanes muy grandes han estado en pie durante cientos de millones de años aproximadamente en el mismo lugar», dijo Thorne. En trabajos anteriores, también descubrió una de las regiones de baja velocidad extrema más grandes conocidas en el mundo.

«El área está ubicada directamente debajo de la isla de Samoa, y Samoa es uno de los volcanes calientes más grandes», señaló Thorne.

Avances en el análisis de ondas sísmicas

Durante casi un siglo, los geólogos han utilizado ondas sísmicas para explorar el interior de la Tierra, haciendo muchos descubrimientos que de otro modo no habrían sido posibles. Por ejemplo, otros investigadores de la Universidad de Utah han caracterizado la estructura del núcleo interno sólido de la Tierra y han seguido su movimiento mediante el análisis de ondas sísmicas.

Cuando un terremoto sacude la superficie de la Tierra, las ondas sísmicas atraviesan el manto, la capa dinámica de roca caliente de 2.900 kilómetros de espesor entre la corteza terrestre y el núcleo mineral. El equipo de Thorne está interesado en aquellas ondas que se «dispersan» cuando atraviesan elementos irregulares que fuerzan cambios en la composición física del manto. Algunas de estas ondas dispersas se convierten en precursoras del PKP.

Thorne intentó determinar exactamente dónde se produce esta dispersión, especialmente porque las ondas viajan a través del manto terrestre dos veces, antes y después de pasar a través del núcleo externo líquido de la Tierra. Debido a este doble viaje a través del manto, se ha vuelto casi imposible distinguir si las ondas anteriores se originaron en el lado fuente o receptor de la trayectoria del rayo.

Técnicas innovadoras de investigación en sismología.

El equipo de Thorne, que incluía al profesor asistente de investigación Surya Patchai, diseñó un método para modelar formas de onda para revelar efectos cruciales que no se habían observado antes.

Utilizando el método avanzado de conjunto de terremotos y nuevas observaciones teóricas de simulaciones de terremotos, los investigadores pudieron analizar datos de 58 terremotos que ocurrieron alrededor de Nueva Guinea y se registraron en América del Norte después de su paso por el planeta.

«Puedo colocar receptores virtuales en cualquier lugar de la superficie de la Tierra, y eso me dice cómo debería verse el sismograma de un terremoto en ese lugar y podemos compararlo con las grabaciones reales que tenemos», dijo Thorne. «Ahora podemos predecir de dónde viene esta energía».

Su nuevo método les permitió determinar dónde se producía la dispersión a lo largo del límite entre el núcleo externo del metal líquido y el manto, conocido como límite núcleo-manto, que se encuentra a 2.900 kilómetros debajo de la superficie de la Tierra.

Interacciones núcleo-manto y zonas rocosas muy bajas

Sus hallazgos sugieren que los antepasados ​​del PKP pueden haber venido de regiones que albergan regiones de velocidad extremadamente baja. Thorne sospecha que estas capas, que tienen sólo entre 20 y 40 kilómetros de espesor, se forman donde las placas tectónicas en subducción chocan con el límite entre el núcleo y el manto en la corteza oceánica.

«Lo que hemos descubierto ahora es que estas regiones de muy baja velocidad no se encuentran sólo debajo de puntos calientes. Se extienden por todo el límite entre el núcleo y el manto debajo de América del Norte», dijo Thorne. «Realmente parece que estas regiones de muy baja velocidad se están generando activamente. No sabemos cómo. Pero como las vemos cerca de la subducción, creemos que ya están en la atmósfera». Basalto en medio del océano «Este material se derrite y así es como se genera. Luego, la dinámica empuja este material a través del suelo y, finalmente, se acumulará debajo de los puntos calientes».

La dinámica está empujando a estos objetos a través de la Tierra y, eventualmente, se acumularán contra los límites de grandes provincias de baja velocidad, que son características continentales de composición distinta debajo del Océano Pacífico y África, según Thorne.

«También puede acumularse en puntos críticos, pero no está claro si estas áreas de muy bajas emisiones se generan mediante el mismo proceso», afirmó. Tendremos que esperar a que futuras investigaciones determinen las consecuencias de tal proceso.

Referencia: “Investigando regiones de velocidad extremadamente baja como fuente de dispersión de PKP debajo de América del Norte y el Pacífico occidental: posibles vínculos con la subducción de la corteza oceánica” por Michael S. Thorne, Surya Patchai, Mingming Li, Jamie Ward y Sebastian Rust, 10 agosto de 2024, Avances AGU.
DOI: 10.1029/2024AV001265

La investigación, que fue financiada por la Fundación Nacional de Ciencias, se llevó a cabo en colaboración con geólogos de la Universidad Estatal de Arizona y la Universidad de Leeds en el Reino Unido.