Científicos descubren estructuras enormes no identificadas en las profundidades de la Tierra

Un grupo de científicos ha revisado casi 30 años de datos sísmicos para analizar unos misteriosos objetos de tamaño descomunal cercanos al núcleo del planeta.
traducido por Mario Abad
02 Julio 2020, 6:51am
​Mist on the Marquesas Islands. Image: Tom Patterson
Bruma en las islas Marquesas. Imagen: Tom Patterson

Los científicos han descubierto una estructura colosal hecha de un material muy denso en el límite entre el núcleo externo líquido de la Tierra y el manto inferior, una zona que se encuentra a unos 3000 km de profundidad.

Según un artículo publicado el pasado jueves en la revista Science, para estudiar el fenómeno, los investigadores utilizaron un algoritmo de aprendizaje automático diseñado inicialmente para analizar galaxias distantes.

Una de las gigantescas anomalías detectadas, ubicada bajo las islas Marquesas, había pasado desapercibida hasta hoy, mientras que otra, situada debajo de Hawái, resultó ser mucho más grande de lo que los investigadores habían estimado.

El grupo de científicos, liderado por el sismólogo y estudiante de posgrado Doyeon Kim, introdujo los datos de sismogramas de cientos de terremotos ocurridos entre 1990 y 2018 en un algoritmo llamado Sequencer. Si bien los estudios sismológicos suelen centrarse en conjuntos relativamente reducidos de datos de actividad sísmica regional, el algoritmo Sequencer permitió a Kim y sus compañeros analizar 7000 mediciones sísmicas de magnitudes de al menos 6,5 que se hubieran producido bajo el océano Pacífico en las últimas tres décadas.

“Se trata de un estudio muy especial porque, por primera vez, podemos examinar de forma sistemática un conjunto de datos muy extenso que cubre más o menos toda la cuenca del Pacífico”, me explicó Kim en una llamada. Aunque no es la primera vez que se cartografían estructuras en las profundidades de la Tierra, este estudio presenta una oportunidad única para “reunir toda la información e intentar dar con una explicación global”, señaló.

Los terremotos crean ondas sísmicas que, al viajar por el interior de la Tierra, se distorsionan y dispersan al incidir en las estructuras internas del planeta. Esos patrones distorsionados quedan recogidos en los sismógrafos y permiten a los expertos tener una ligera idea de cómo es el inframundo inaccesible de la Tierra.

El equipo se centró en sismogramas producidos por ondas de corte (S) que viajan a lo largo del límite entre el núcleo de la Tierra y la sección inferior del manto que lo rodea. Estas ondas son las ondas secundarias, más lentas, que se producen tras los temblores iniciales de un terremoto, que producen ondas llamadas primarias (P) y generan, normalmente, señales más claras.

“Por lo general, nos gusta usar las ondas S porque tienen más amplitud y datos más o menos limpios, ya que hay menos tráfico de ondas P”, dijo Kim. En concreto, el equipo analizó la difracción de las ondas S en el límite entre el núcleo y el manto. “Al producirse difracción en esa superficie, es una buena oportunidad para examinar las pequeñas estructuras que hay sobre el límite entre el núcleo y el manto”, añadió Kim.

Cuando las ondas S inciden en dichas estructuras, producen una señal parecida al eco que se llama “poscursor”. Estos ecos indican la presencia de anomalías (áreas densas en la frontera entre el núcleo y el manto) en el interior de la Tierra, llamadas zonas de velocidad ultrabaja (ULVZ).

Nadie sabe con exactitud cómo se forman las ULVZ ni de qué están hechas, pero sí se sabe que tienen diámetros de cerca de cien kilómetros y la suficiente densidad como para ralentizar las ondas que las atraviesan.

Tras procesar miles de sismogramas con Sequencer, Kim y sus colegas descubrieron que las señales poscursoras más potentes del conjunto de datos emanaban de debajo de Hawái y las islas Marquesas. Esto es una prueba sorprendente de la existencia de dos “mega-ULVZ” cuya extensión cubriría unos 1000 kilómetros o incluso más.

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Si bien la estructura bajo Hawái se había cartografiado parcialmente en estudios anteriores, el equipo de Kim descubrió que tiene unas dimensiones mucho mayores de lo que pensaban. La mega-ULVZ hallada bajo las islas Marquesas, por su parte, es “una anomalía de velocidad de onda que no habíamos identificado previamente”, según el estudio.

Las mega-ULVZ son estructuras enigmáticas no solo por su tamaño, sino porque podrían estar compuestas de materiales exóticos cuya antigüedad podría remontarse a un tiempo en que la Tierra todavía no tenía una luna. Estas anomalías gigantescas podrían estar compuestas de material parcialmente fundido anterior a la formación de la Luna, la cual, según los científicos, apareció tras una colisión descomunal entre la Tierra y un objeto del tamaño de Marte hace más de 4000 millones de años.

“Esto es muy interesante porque podría indicar que las mega-ULVZ son especiales y podrían albergar firmas geoquímicas primitivas que podrían haberse mantenido en relativa pureza desde el principio de la historia de la Tierra”, dijo Kim.

El nuevo estudio demuestra las aplicaciones de algoritmos como Sequencer, que utiliza un proceso denominado aprendizaje no supervisado, a la hora de procesar conjuntos de datos complejos como los que se manejan en astronomía, sismología y muchos otros ámbitos de la ciencia. A diferencia de los algoritmos de aprendizaje supervisado, programados para clasificar la información según etiquetas conocidas, los algoritmos no supervisados están creados para recabar información en conjuntos de datos no etiquetados.

“¿Y si no sabemos qué buscar en los conjuntos de datos?”, apuntó Kim. “Es la clase de pregunta que nos gusta hacernos porque el manto inferior, que es el objeto de nuestro estudio, todavía presenta muchas incógnitas. Realmente no resulta tan sorprendente que encontremos casi cualquier cosa en esa capa porque no podemos ir a verlo con nuestros propios ojos”.

“El uso de un secuenciador sirve para encontrar información adicional oculta en los conjuntos de datos”, añadió. “Lo que hicimos aquí es buscar una organización óptima en el propio conjunto de datos. No lo estamos alterando; lo único que hacemos es reorganizarlos de manera óptima. Esa es la función de Sequencer”.

El equipo planea seguir desarrollando esta novedosa forma de examinar el interior de la Tierra mediante el análisis de ondas de alta frecuencia que pudieran ofrecer detalles más precisos sobre las estructuras enigmáticas halladas en el límite entre el núcleo y el manto. Los investigadores también esperan ampliar los datos con sismogramas obtenidos de la cuenca del Atlántico.

“Esperamos que el Sequencer nos permita unir todos esos conjuntos de datos para estudiar las estructuras del manto inferior de forma sistemática”, concluyó Kim. “Es nuestro objetivo: despejar más incógnitas sobre el manto inferior en general”.