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 lo profundo de América del Norte y el Pacífico occidental. Estos hallazgos de investigadores de la Universidad de Utah conectan estas zonas con características geológicas importantes, como los volcanes, utilizando técnicas sísmicas avanzadas para rastrear sus orígenes hasta el límite entre el núcleo y el manto.

Precursores del PKP y misterios sísmicos

En las décadas transcurridas desde su descubrimiento, las señales sísmicas conocidas como precursoras de PKP han desafiado a 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 viajan a través del núcleo de la Tierra, aún no está claro, pero una investigación dirigida por geofísicos de la Universidad de Utah arroja nueva luz sobre esta misteriosa energía sísmica.

Los precursores de PKP parecen propagarse desde lugares muy por debajo de América del Norte y el Pacífico occidental y posiblemente tengan una asociación con «zonas de velocidad ultrabaja», capas delgadas en el manto donde las ondas sísmicas se desaceleran significativamente, según una investigación publicada el 10 de agosto en. AGU avanzala revista insignia 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. Legítimamente no sabemos qué son”, dijo el autor principal Michael Thorne, profesor asociado de geología y geofísica en la U. “Pero una cosa que sí sabemos es que parecen terminar acumulándose debajo de los volcanes de puntos calientes. Parecen ser la raíz de columnas enteras del manto que dan lugar a volcanes en puntos calientes”.

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

«Estos volcanes realmente grandes parecen persistir durante cientos de millones de años aproximadamente en el mismo lugar», dijo Thorne. En trabajos anteriores, también encontró 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 activos 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 innumerables descubrimientos que de otro modo no habrían sido posibles. Otros investigadores de la Universidad de Utah, por ejemplo, han caracterizado la estructura del núcleo interno sólido de la Tierra y han seguido su movimiento mediante el análisis de ondas sísmicas.

Cuando un terremoto sacude la superficie de la Tierra, las ondas sísmicas atraviesan el manto, la capa dinámica de roca caliente de 1.800 millas de espesor entre la corteza terrestre y el núcleo metálico. El equipo de Thorne está interesado en aquellos que se «esparcen» cuando pasan a través de características irregulares que representan cambios en la composición del material del manto. Algunas de estas ondas dispersas se convierten en precursoras del PKP.

Thorne trató de determinar exactamente dónde ocurre esta dispersión, especialmente porque las ondas viajan a través del manto terrestre dos veces, es decir, antes y después de pasar por el núcleo externo líquido de la Tierra. Debido a este doble viaje a través del manto, ha sido casi imposible distinguir si los precursores se originaron en el lado fuente o en el lado receptor de la trayectoria del haz.

Técnicas innovadoras de investigación en sismología

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

Utilizando un método de matriz sísmica de vanguardia y nuevas observaciones teóricas de simulaciones de terremotos, los investigadores desarrollaron y analizaron datos de 58 terremotos que ocurrieron en Nueva Guinea y se registraron en América del Norte después de pasar por el planeta.

“Puedo colocar receptores virtuales en cualquier lugar de la superficie de la Tierra y me dicen cómo debería verse el sismograma en un terremoto en ese lugar. Y podemos comparar eso con las grabaciones reales que tenemos”, dijo Thorne. «Ahora podemos retroproyectar de dónde viene esa energía».

El nuevo método les permitió identificar dónde se produjo la dispersión a lo largo del límite entre el núcleo externo del metal líquido y el manto, conocido como límite núcleo-manto, ubicado a 2.900 kilómetros debajo de la superficie de la Tierra.

Interacciones núcleo-manto y ULVZ

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

“Lo que hemos descubierto ahora es que estas zonas de velocidad ultrabaja no existen sólo debajo de los puntos críticos. Se extienden por todo el límite entre el núcleo y el manto debajo de América del Norte”, dijo Thorne. “Realmente parece que estas ULVZ se están generando activamente. No sabemos cómo. Pero como los vemos cerca de la subducción, creemos basaltos de dorsales oceánicas se están derritiendo y así es como se están generando. Y así, la dinámica está empujando estas cosas por toda la Tierra y, en última instancia, se acumularán debajo de los puntos calientes”.

La dinámica está empujando estas cosas a través de la Tierra y, eventualmente, se acumularán contra los límites de las Grandes Provincias de Baja Velocidad, que son características de composición distinta a escala continental debajo del Pacífico y África, según Thorne.

«También pueden acumularse debajo de los puntos críticos, pero no está claro si estos ULVZ se generan mediante el mismo proceso», dijo. Para determinar las consecuencias de tal proceso habrá que esperar a futuras investigaciones.

Referencia: “Investigando zonas de velocidad ultrabaja como fuentes de dispersión de PKP debajo de América del Norte y el Océano Pacífico occidental: posibles vínculos con la corteza oceánica subducida” por Michael S. Thorne, Surya Pachhai, Mingming Li, Jamie Ward y Sebastian Rost, agosto 10, 2024, AGU avanza.
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.