Científicos descubren vastas estructuras no identificadas en el interior de la Tierra

Artículo publicado originalmente por VICE Estados Unidos.

Los científicos han descubierto una vasta estructura hecha de material denso que ocupa el límite entre el núcleo líquido externo de la Tierra y el manto inferior, una zona a unos 3.000 kilómetros por debajo de nuestros pies.

Para investigar el misterioso fenómeno que ocurre en lo profundo de nuestro planeta, los investigadores utilizaron un algoritmo de aprendizaje automático que se desarrolló originalmente para analizar galaxias distantes, según un artículo publicado el jueves en la revista científica Science.

Con el nuevo algoritmo lograron detectar una anomalía nunca antes descubierta, que se ubicada en las profundidades de las Islas Marquesas, y descubrieron también que una estructura ubicado debajo de Hawai es mucho más grande de lo que se había estimado anteriormente.

Los científicos dirigidos por Doyeon Kim, un sismólogo y becario postdoctoral en la Universidad de Maryland, vaciaron los sismogramas de cientos de terremotos que ocurrieron entre 1990 y 2018 en un algoritmo llamado Sequencer. Mientras que los estudios sismológicos tienden a enfocarse en conjuntos de datos relativamente pequeños de actividad sísmica regional, Sequencer permitió a Kim y sus colegas analizar 7,000 mediciones de terremotos —cada uno con una magnitud de al menos 6.5— que sacudieron el mundo subterráneo bajo el Océano Pacífico en las últimas tres décadas.

"Este estudio es muy especial porque, por primera vez, podemos ver sistemáticamente un conjunto de datos tan grande que, de hecho, cubre más o menos toda la cuenca del Pacífico", dijo Kim en una llamada. Aunque los científicos han trazado previamente estructuras en las profundidades de la Tierra, este estudio presenta una rara oportunidad de "reunir todo y tratar de explicarlo en un contexto global", señaló.

Los terremotos crean ondas sísmicas que viajan a través del interior de la Tierra, donde se dispersan y distorsionan por estructuras profundas dentro de nuestro planeta. Estos patrones distorsionados se captan en los sismogramas, que son los registros de la actividad de las ondas dentro de la Tierra, los cuales nos permiten a los sismólogos tener algunos atisbos del inaccesible mundo subterráneo del planeta.

El equipo se centró en los sismogramas producidos por ondas de corte (ondas S) que viajan a lo largo del límite entre el núcleo de la Tierra y la parte inferior del manto que lo bordea. Estas ondas son ondas secundarias más lentas que siguen a los temblores iniciales producidos por los terremotos, llamadas ondas primarias (ondas P), y generalmente producen señales más claras.

"Normalmente nos gusta usar las ondas S porque son más grandes en amplitud y los datos están más o menos limpios debido a que hay menos tráfico de ondas P", dijo Kim. En particular, el equipo buscó las ondas de corte que se difractan a lo largo del límite núcleo-manto. "Debido a que se difractan a lo largo de esa superficie, representan una muy buena oportunidad para buscar estas diminutas estructuras en la parte superior del límite núcleo-manto", señaló Kim.

Cuando las ondas de corte golpean estas estructuras, producen un tipo de firma parecida al eco conocida como "postcursor" (hay unos útiles gráficos de este proceso en el sitio web de Kim). Estos ecos indican la presencia de anomalías en el interior de la Tierra llamadas zonas de ultra baja velocidad (ULVZ), que son parches densos en el límite núcleo-manto.

Nadie sabe exactamente cómo se forman estas zonas o de qué están hechas, pero está claro que tienen diámetros de aproximadamente cien kilómetros y que son lo suficientemente densas como para desacelerar a las ondas que las atraviesan.

Al procesar miles de sismogramas a través de Sequencer, Kim y sus colegas descubrieron que las señales más fuertes de postcursor en su conjunto de datos emanan de Hawai y las Islas Marquesas. Esta es una prueba que sugiere la existencia de dos "mega-ULVZ", que se extienden por unos 1.000 kilómetros o más.

Si bien la estructura hawaiana se ha trazado parcialmente en estudios anteriores, el equipo de Kim descubrió que sus dimensiones son mucho más grandes de lo esperado. En cambio, la megazona ULVZ detectada en las Islas Marquesas representa "una anomalía de velocidad de onda localizada no identificada nunca antes", según el estudio.

Las megazonas ULVZ son estructuras intrigantes no solo por su tamaño, sino porque pueden estar compuestas de materiales exóticos que se remontan a una época anterior a que la Tierra tuviera una luna. Estos enormes fragmentos anómalos podrían ser material parcialmente derretido anterior al evento que causó la formación de la Luna, el cual los científicos creen que fue una colisión gigantesca entre la Tierra primitiva y un objeto del tamaño de Marte, hace más de cuatro mil millones de años.

"Esto es muy interesante porque podría indicar que las megazonas ULVZ son especiales y pueden albergar firmas geoquímicas primitivas que han estado relativamente sin mezclarse desde la historia inicial de la Tierra", dijo Kim.

El nuevo estudio demuestra las aplicaciones que algoritmos como el Sequencer, que utilizan un tipo especial de proceso llamado aprendizaje no supervisado, pueden tener en el procesamiento de conjuntos de datos complejos como los encontrados por la astronomía, la sismología e innumerables campos científicos más. A diferencia de los algoritmos de aprendizaje supervisado, que están capacitados para clasificar información basada en grupos ya conocidos, los algoritmos de aprendizaje no supervisado están diseñados para encontrar dentro de los conjuntos de datos información que no pertenece a ningún grupo preexistente.

"¿Qué pasa si realmente no sabemos qué buscar en el conjunto de datos?" explicó Kim. "Esta es la pregunta típica en la que nos gusta pensar porque el manto inferior, el objetivo de nuestro estudio, todavía presenta muchas incógnitas. Realmenteo, no es sorprendente encontrar casi cualquier cosa en el manto inferior porque no podemos entrar en él y mirarlo con nuestros propios ojos".

"Cuando usas un secuenciador, lo que éste realmente hace es encontrar información adicional oculta detrás del conjunto de datos", continuó. "Entonces, lo que hicimos aquí fue encontrar una disposición óptima dentro del propio conjunto de datos. En realidad no estamos alterando el conjunto de datos; no estamos haciendo nada más que reorganizarlo y encontrar una disposición óptima. Eso es lo que hace Sequencer".

El equipo planea continuar desarrollando esta nueva forma de estudiar la Tierra mediante el examen de ondas de mayor frecuencia que podrían dar detalles más precisos sobre las enigmáticas estructuras en el límite entre el núcleo y el manto. Los investigadores también esperan expandir su conjunto de datos a los sismogramas que se han producido bajo el Océano Atlántico.

"Esperamos que el algoritmo Sequencer pueda básicamente dejarnos usar todos esos diversos conjuntos de datos y reunirlos para buscar sistemáticamente estas estructuras en el manto inferior", concluyó Kim. "Esa es nuestra visión a futuro, para responder más incógnitas sobre el manto inferior en general".