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

Un nuevo estudio revela que las señales sísmicas precursoras de PKP, que han desconcertado a los científicos durante años, se originan en zonas de velocidad ultrabaja en las profundidades de América del Norte y el Pacífico occidental. Estos descubrimientos, realizados por investigadores de la Universidad de Utah, vinculan estas áreas con características geológicas importantes, como volcanes de puntos calientes, utilizando técnicas sísmicas avanzadas para rastrear sus orígenes hasta el límite entre el núcleo y el manto.

Precursores del PKP y misterios sísmicos

Desde su descubrimiento, las señales sísmicas conocidas como precursoras de PKP han planteado un desafío para los científicos. Las regiones del manto inferior de la Tierra dispersan las ondas sísmicas entrantes, que regresan a la superficie como ondas PKP a diferentes velocidades.

El origen de las señales precursoras, que llegan antes que las principales ondas sísmicas que atraviesan el núcleo de la Tierra, aún no está claro, pero una investigación realizada por geofísicos de la Universidad de Utah arroja nueva luz sobre esta misteriosa energía sísmica.

Los precursores de PKP parecen extenderse desde lugares muy por debajo de América del Norte y el Pacífico occidental y quizás estén asociados con «zonas de velocidad ultrabaja», capas delgadas del manto donde las ondas sísmicas se desaceleran considerablemente, según un estudio publicado el 10 de agosto en Progreso de la AGUla revista principal de la Unión Geofísica Estadounidense.

Vinculación de los precursores del PKP con las características geológicas

“Estas son algunas de las características más extremas descubiertas en el planeta. Realmente no sabemos qué son”, dijo el autor principal Michael Thorne, profesor asociado de geología y geofísica de la Universidad. “Pero una cosa es segura: parecen terminar acumulándose bajo los volcanes de puntos calientes. Parecen ser el origen de plumas enteras del manto que dan origen a volcanes de puntos calientes. »

Estas columnas son responsables del vulcanismo observado en Yellowstone, las islas hawaianas, Samoa, Islandia y las islas Galápagos.

«Estos volcanes muy grandes parecen persistir durante cientos de millones de años aproximadamente en el mismo lugar», dijo Thorne. En trabajos anteriores, también descubrió una de las zonas de velocidad ultrabaja más grandes conocidas en el mundo.

«Está justo debajo de Samoa, y Samoa es uno de los volcanes más grandes», señaló Thorne.

Avances en el análisis de ondas sísmicas

Durante casi un siglo, los geocientíficos han utilizado ondas sísmicas para sondear el interior de la Tierra, lo que ha llevado a muchos descubrimientos que de otro modo no habrían sido posibles. Otros investigadores de la Universidad de Utah, por ejemplo, caracterizaron la estructura del núcleo interno sólido de la Tierra y siguieron su movimiento mediante el análisis de ondas sísmicas.

Cuando un terremoto sacude la superficie de la Tierra, las ondas sísmicas atraviesan el manto terrestre, la capa dinámica de rocas calientes de 2.900 kilómetros de espesor entre la corteza terrestre y el núcleo metálico. El equipo de Thorne está interesado en estas ondas que se «dispersan» al atravesar estructuras irregulares que provocan cambios en la composición de los materiales del manto. Algunas de estas ondas dispersas se convierten en precursoras del PKP.

Thorne trató de determinar exactamente dónde ocurre esta difusión, especialmente porque las ondas atraviesan el manto terrestre dos veces, es decir, antes y después de atravesar el núcleo líquido externo de la Tierra. Debido a este doble viaje a través del manto, era casi imposible distinguir si los precursores procedían del lado fuente o del receptor de la trayectoria del rayo.

Técnicas innovadoras de investigación en sismología.

El equipo de Thorne, que incluía al profesor asistente de investigación Surya Pachhai, diseñó una forma de modelar formas de onda para detectar efectos cruciales que antes pasaban desapercibidos.

Utilizando un método de red sísmica de última generación y nuevas observaciones teóricas de simulaciones de terremotos, los investigadores analizaron datos de 58 terremotos que ocurrieron alrededor de Nueva Guinea y se registraron en el norte de América del Sur después de atravesar el planeta.

“Puedo colocar receptores virtuales en cualquier lugar de la superficie de la Tierra y me dicen cómo debería verse el sismograma de un terremoto en ese lugar. Y podemos comparar eso con los registros reales que tenemos”, dijo Thorne. “Ahora podemos proyectar de dónde proviene esta energía. »

Su nuevo método les permitió localizar con precisión dónde se producía la difusión a lo largo del límite entre el núcleo exterior de metal líquido y el manto, conocido como límite núcleo-manto, situado a 2.900 kilómetros bajo la superficie de la Tierra.

Interacciones núcleo-manto y ULVZ.

Sus resultados indican que los precursores de PKP probablemente se originan en regiones que albergan zonas de velocidad ultrabaja. Thorne sospecha que estas capas, que tienen sólo entre 20 y 40 kilómetros de espesor, se forman donde placas tectónicas subducidas chocan con el límite entre el núcleo y el manto en la corteza oceánica.

“Ahora hemos descubierto que estas zonas de muy baja velocidad no existen sólo bajo puntos calientes. Se distribuyen a lo largo de todo el límite entre el núcleo y el manto debajo de América del Norte”, dijo Thorne. “Realmente parece que estas ULVZ se generan activamente. No sabemos cómo. Pero como los observamos cerca de la subducción, pensamos basaltos de dorsales oceánicas “Los gases de efecto invernadero se están derritiendo y así es como está sucediendo. Luego, la dinámica empuja estos gases a través de la Tierra y, eventualmente, se acumularán bajo puntos calientes. »

La dinámica empuja estas cosas por toda la Tierra y, eventualmente, se acumularán contra las fronteras de grandes provincias de baja velocidad, que son características continentales composicionalmente distintas bajo el Pacífico y África, según Thorne.

«Es posible que también se acumulen bajo puntos calientes, pero no se sabe si estas ULVZ se generan mediante el mismo proceso», dijo. Tendremos que esperar a que futuras investigaciones determinen las consecuencias de tal proceso.

Referencia: “Investigación de zonas de muy baja velocidad como fuentes de dispersión de PKP debajo de América del Norte y el Océano Pacífico occidental: vínculos potenciales con la corteza oceánica subducida” por Michael S. Thorne, Surya Pachhai, Mingming Li, Jamie Ward y Sebastian Rost, 10 de agosto , 2024, Progreso de la AGU.
DOI: 10.1029/2024AV001265

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