A gran profundidad en el manto terrestre, un equipo de investigadores ha identificado anomalías sísmicas inexplicables en regiones donde no debería haber restos de placas tectónicas. Estas estructuras, calificadas como un «gran enigma», intrigan a los geólogos, que, de momento, desconocen su origen y composición.
Geofísicos de la Escuela Politécnica Federal de Zúrich (ETH-Zúrich), en Suiza, y del Instituto Tecnológico de California, en Estados Unidos, han echado mano de modelos matemáticos y computacionales del manto inferior —la capa de roca sólida que se encuentra entre el manto superior y el núcleo externo de la Tierra, a profundidades de entre 660 km y 2.900 km— para identificar zonas donde las ondas sísmicas se comportan de manera inesperada.
Esta conducta atípica en la velocidad de las ondas sísmicas, esto es, las vibraciones que se generan durante un terremoto y se propagan a través de la Tierra, revela la presencia de áreas con rocas más frías o con una composición diferente a las circundantes. Además, plantea la posible existencia de mundos perdidos bajo la superficie terrestre, en áreas donde no se esperaba la presencia de material subductado, o sea, la porción de una placa tectónica que se ha hundido bajo otra en una zona de subducción.
Sin duda alguna, este hallazgo desafía los paradigmas actuales de la tectónica de placas —la teoría que explica cómo la corteza terrestre está dividida en grandes placas rígidas que flotan y se mueven sobre el manto superior— y plantea un enigma fascinante para los geólogos sobre los procesos internos de nuestro planeta.
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La mayor perforación humana tiene solo 12,2 kilómetros
En efecto, en palabras de Thomas Schouten, autor principal del estudio que trabaja en el Departamento de Ciencias Planetarias y Terrestres de la ETH-Zúrich, «estas zonas en el manto terrestre están mucho más extendidas de lo que se pensaba anteriormente».
El interior de la Tierra sigue siendo inaccesible para la observación directa: a día de hoy, no es posible perforar lo suficientemente profundo como para obtener muestras de rocas del manto ni medir las condiciones de temperatura y presión a estas endiabladas profundidades.
Recordemos que la mayor perforación hecha en la Tierra es el pozo superprofundo de Kola o SG-3, ubicado en Rusia. Este pozo alcanza una profundidad de 12.262 metros y fue perforado entre 1970 y 1989 como parte de un proyecto de investigación científica para estudiar la corteza terrestre. A pesar de su hondura, representa solo una pequeña fracción del camino hacia el manto, ya que la corteza en esa región tiene ¡unos 35 km de espesor!
Ondas sísmicas para explorar las entrañas de la Tierra
Es por ello por lo que los geofísicos recurren a métodos indirectos para asomarse al interior de la Tierra. Es el caso de la sismología: las ondas sísmicas generadas por terremotos viajan a través del planeta, refractándose, difractándose o reflejándose según la densidad y elasticidad de los materiales que atraviesan.
Los sismogramas registrados por las estaciones sismográficas repartidas a lo largo y ancho del planeta permiten de este modo a los geólogos deducir la estructura y composición interna de la Tierra. Es muy similar a la forma en que los médicos utilizan los ultrasonidos para obtener imágenes de órganos, músculos o venas del interior del cuerpo sin necesidad de abrirlo.
«Llevamos décadas examinando la Tierra de esta manera, y siempre encontramos las placas exactamente donde esperábamos que estuvieran», comenta Andreas Fichtner, profesor de la ETH-Zúrich y uno de los autores del estudio. Y esos lugares esperados son las mencionadas zonas de subducción, donde dos placas se encuentran y una se hunde bajo la otra, hacia el interior del planeta.
Aparecen restos de placas donde no deberían estar
Este proceso lento e imparable ha sido clave para comprender el ciclo tectónico de la Tierra: el continuo nacimiento y destrucción de placas que literalmente flotan sobre la astenosfera, una zona superior del manto relativamente elástica; hoy podemos contar quince placas de gran tamaño y 43 secundarias, más pequeñas.
Ahora, un nuevo avance ha desafiado estas nociones que reposaban tranquilas en los libros de texto. Gracias a un modelo computacional de alta resolución, gestionado por el supercomputador Piz Daint, del Centro Nacional Suizo de Supercomputación (CSCS), los geofísicos han identificado restos de placas tectónicas en áreas donde, según las teorías actuales, no deberían existir.
Es como un médico que lleva décadas examinando la circulación sanguínea con ultrasonidos y encuentra las arterias exactamente donde las espera, explica el profesor Fichtner haciendo un símil con la medicina. «Pero si le facilitas una herramienta de examen nueva y mejorada, de repente ve una arteria en la nalga que no tiene por qué estar ahí. Eso es exactamente lo que pensamos de los nuevos hallazgos», explica este físico de ondas. Él y su grupo desarrolló el modelo y escribió el código.
Un «mundo perdido» en el interior de nuestro planeta
Dichas zonas enigmáticas, ubicadas bajo grandes océanos y dentro de continentes, están lejos de los límites tectónicos habituales, y no presentan evidencias geológicas de subducciones pasadas. Este hallazgo, publicado en la revista Scientific Reports, sugiere la existencia de un mundo perdido en el interior de nuestro planeta.
El modelo utilizado se basa en la llamada inversión de forma de onda completa (FWI, por sus siglas en inglés), un enfoque que integra todos los tipos de ondas sísmicas, incluidas las ondas reflejadas y refractadas, en lugar de centrarse en uno solo. Esto permitió detectar anomalías incluso en regiones sin una alta densidad de estaciones sísmicas.
«Lo fascinante de este modelo es que no solo confirmamos lo que ya sabíamos, sino que encontramos características inesperadas que no tienen explicación en nuestras teorías actuales», comenta el profesor Fichtner.
Un enigma bajo el océano Pacífico
En particular, el modelo REVEAL —el único a escala global que puede resolver estructuras del interior de la Tierra — reveló una gran anomalía de velocidad de onda positiva —un aumento en la velocidad con la que las ondas sísmicas, como las ondas P y S, se propagan— bajo el océano Pacífico Occidental, entre 900 y 1.200 kilómetros de profundidad.
En palabras de Schouten, «no debería haber material de placas subductadas allí, porque no existen registros de subducción en la historia geológica reciente en esa región».
Los investigadores admiten no saber con certeza qué material compone estas zonas o qué implicaciones tienen para la dinámica interna del planeta. «Con este modelo de alta resolución, hemos encontrado anomalías en todo el manto, pero aún desconocemos su origen. Este es nuestro dilema», confiesa Schouten.
Podría tratarse de material rico en sílice
A la vista de los desconcertantes resultados, los investigadores solo pueden especular. «Creemos que las anomalías del manto inferior tienen diversos orígenes», afirma Schouten, que piensa que es posible que no se trate solo de material de placas frías que han sido subducidas en los últimos 200 millones de años, como se suponía anteriormente.
Schouten cree que «podría tratarse de material antiguo, rico en sílice, que ha estado ahí desde la formación del manto, hace unos 4.000 millones de años, y ha sobrevivido a pesar de los movimientos convectivos del manto».
Este especialista en Ciencias de la Tierra tampoco descarta la posibilidad de que estemos ante zonas donde se han acumulado rocas ricas en hierro generadas durante miles de millones de años por movimientos convectivos, esto es, lujos circulares de materiales en el manto terrestre causado por diferencias de temperatura y densidad.
Lo hallado es solo la punta del iceberg
«Lo que hemos descubierto es solo la punta del iceberg. Ahora necesitamos refinar los modelos para obtener una visión más precisa de los procesos que ocurren bajo nuestros pies», asevera Schouten, que advierte que el descubrimiento de estas anomalías plantea la necesidad de revisar los modelos tectónicos actuales.
«Es evidente que no entendemos completamente cómo funciona el manto terrestre», afirma el profesor Fichtner. Las anomalías detectadas bajo el Pacífico Occidental, así como en otras regiones del planeta, podrían ser clave para desentrañar la evolución interna de la Tierra.
El próximo paso, según Schouten, será integrar propiedades adicionales en los modelos, como la densidad y la composición química, para obtener una representación más completa del manto. «Tenemos que calcular los parámetros materiales que subyacen a las velocidades observadas. Este es el único camino para comprender la complejidad del manto», apunta Schouten.
Aunque queda mucho por investigar, este estudio ya ha cambiado nuestra percepción del interior terrestre. Como señala Schouten, «lo que descubrimos con REVEAL es un recordatorio de que todavía sabemos muy poco sobre la dinámica interna de nuestro planeta. Necesitamos herramientas mejores, y este modelo es solo el comienzo».
El descubrimiento de estas zonas ocultas bajo el océano Pacífico podría ser el inicio de una nueva era en el estudio del manto terrestre, que sacará a la luz secretos que han estado enterrados bajo nuestros pies durante miles de millones de años.
