Si partiéramos la Tierra por la mitad, como si fuera una enorme manzana, veríamos que el corte se divide en varias capas bien diferenciadas, aunque las principales son estas: la corteza, la más delgada de todas, de apenas unas pocas decenas de km de grosor (aún menos en los fondos oceánicos); el manto, mucho más extenso, de unos 3.000 km de grosor y formado principalmente por silicatos muy calientes y cuya viscosidad y densidad aumentan a medida que profundizamos hacia el centro de la Tierra; y el núcleo, la capa más interna, una esfera de unos 3.500 km de radio, formada principalmente por hierro y que se divide en dos partes, un núcleo externo líquido y un núcleo interno sólido, con temperaturas que pueden alcanzar los 6.700 grados, mayores que las de la superficie del Sol.

Y ahora, un equipo de geofísicos de la Universidad de Maryland ha conseguido identificar, justo en la frontera entre el núcleo y el manto, una serie de gigantescas estructuras, áreas de roca inusualmente densa y caliente cuya composición y origen es un misterio. Para detectarlas, los investigadores analizaron miles de grabaciones de ondas sísmicas, ondas de sonido que viajan a través de la Tierra, estudiando los ecos que venían de esa región fronteriza en el corazón del planeta.

Estudios anteriores solo habían conseguido aportar información muy limitada sobre esas estructuras, pero comprender su composición, forma y extensión podría ayudar a revelar los procesos geológicos internos que han llevado a la Tierra a ser como es. En ellas, en efecto, podría estar el secreto del funcionamiento de la tectónica de placas y de la evolución de nuestro planeta. La investigación, que proporciona la visión más detallada hasta ahora del límite núcleo-manto, se acaba de publicar en Science.

El trabajo de los científicos se centró, pues, en los ecos de las ondas sísmicas, y en concreto de las que viajan por debajo de la cuenca del Pacífico. El análisis dio sus frutos, y reveló una estructura previamente desconocida justo debajo de las islas Marquesas, de origen volcánico, en el Pacífico Sur, y mostró también que la estructura que yace bajo el archipiélago hawaiano es, en realidad, mucho más grande de lo que se pensaba anteriormente.

«Al observar miles de ecos del límite del manto central al mismo tiempo, en lugar de centrarse solo en unos pocos a la vez, como suele hacerse, hemos obtenido una perspectiva totalmente nueva -afirma Doyeon Kim, autora principal del artículo-. Esto nos muestra que la región límite núcleo-manto tiene muchas estructuras que pueden producir estos ecos, y eso era algo de lo que no nos habíamos dado cuenta antes porque solo teníamos una visión limitada».

Las ondas sísmicas generadas por los terremotos bajo la superficie terrestre son capaces de viajar miles de km. Y cuando esas ondas se topan con cambios de densidad, temperatura o composición de las rocas que atraviesan, se doblan o se dispersan, produciendo ecos que se pueden detectar. Los ecos de las estructuras más cercanas llegan más rápido, y los de las estructuras más grandes tienen una mayor intensidad. De este modo, midiendo el tiempo de viaje de estos ecos y su amplitud a medida que van siendo registrados por los sismómetros en lugares diferentes, los científicos pueden desarrollar modelos de las propiedades físicas de las rocas ocultas bajo la superficie. Es algo parecido al sistema que utilizan los murciélagos para percibir y mapear su entorno.

El gráfico muestra la enorme estructura encontrada junto al núcelo terrestrey justo debajo de las islas Hawaii.
El gráfico muestra la enorme estructura encontrada junto al núcelo terrestrey justo debajo de las islas Hawaii

En busca del eco adecuado

Para este estudio, Kim y sus colegas buscaron los ecos generados por un tipo específico de onda, llamada «onda de corte», a medida que se desplaza a lo largo del límite núcleo-manto. En la grabación (llamada sismograma) de un único terremoto, los ecos de las ondas de corte pueden resultar difíciles de distinguir del ruido aleatorio. Pero mirar muchos sismogramas de muchos terremotos a la vez puede revelar similitudes y patrones capaces de identificar los ecos ocultos en los datos.

Utilizando un algoritmo de «machine learning» llamado Sequencer, los investigadores analizaron 7.000 sismogramas de cientos de terremotos de magnitud 6,5 y y superiores ocurridos en la cuenca del Pacífico entre 1990 y 2018. El Sequencer, desarrollado inicialmente para encontrar patrones en la radiación de estrellas y galaxias distantes, fue capaz de descubrir una gran cantidad de ondas de corte cuando se aplicó a los sismogramas.

«En las ciencias de la Tierra -asegura Kim- el machine learning está creciendo rápidamente, y un algoritmo como Sequencer nos permite ser capaces de detectar de forma sistemática los ecos sísmicos y obtener nuevas ideas sobre las estructuras halladas en la base del manto, que hasta ahora han sido un enigma».

De hecho, la investigación reveló algunas sorpresas sobre las misteriosas estructuras halladas junto al núcleo terrestre. «Hallamos ecos en aproximadamente el 40% de todas las rutas de ondas sísmicas -explica por su parte Vedran Leki, coautor del estudio-. Eso fue muy sorprendente porque esperábamos que fueran más raros, y lo que eso significa es que esas estructuras anómalas en el límite núcleo-manto están mucho más extendidas de lo que se creía».

Entre todos los ecos detectados, los de la estructura que hay justo debajo de Hawai fueron, con diferencia, los más fuertes, lo que indica que “ahí abajo” hay algo realmente enorme, mucho mayor de lo que indicaban estimaciones anteriores. De hecho, la mayor entre todas las estructuras de este tipo detectadas hasta ahora.

En cuanto a que hay bajo las islas Marquesas, en la Polinesia francesa, Leki afirma que «nos sorprendió encontrar ahí una tan grande y que ni siquiera sabíamos que existía. Es algo realmente emocionante, porque muestra cómo el algoritmo Sequencer puede ayudarnos a contextualizar los datos de los sismogramas en todo el mundo de una forma que antes no resultaba posible».

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