Tierra primitiva: testigos residuales enterrados cerca del núcleo

Sismología para escuchar las profundidades de la Tierra

el interior de la tierra está lejos de ser homogéneo. Se divide en varias envolturas con las que estamos familiarizados: corteza, manto, núcleo externo y núcleo interno. Este conocimiento se lo debemos principalmente a la sismología, que estudia la propagación de ondas sísmicas producidas por grandes terremotos y que viajan dentro de nuestro planeta y lo atraviesan. Los modos de propagación y, en particular, la velocidad de las ondas sísmicas, nos permiten obtener información valiosa sobre los distintos medios recorridos y, así, examinar las profundidades de la Tierra.

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© Dake, Wikimedia Commons, CC BY-SA 2.5

La Tierra está estructurada en varios envolventes, sacados a la luz gracias a la sismología. 1 y 2: cortezas continental y oceánica (respectivamente); 3: manto superior; 4: manto inferior; 5: núcleo externo; 6: núcleo interno

En general, la velocidad de las olas aumenta con la profundidad al núcleo externo, en línea con el aumento de densidad del medio atravesado. Sin embargo, las observaciones sismológicas revelan así que hay determinadas zonas que presentan anomalías de velocidad. Estas anomalías resaltan las heterogeneidades que pueden existir dentro de las diversas envolturas terrestres. Su estudio es fundamental para obtener el modelo más detallado posible de la arquitectura de nuestro planeta, pero también de su geodinámica. Ciertas anomalías en particular han desconcertado durante mucho tiempo a la comunidad científica. Están ubicados en el límite entre el manto inferior y el núcleo externo. Esta región, ubicada a una profundidad de 2.800 km, se caracteriza por la presencia de manchas con velocidades sísmicas ultralentas.

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Zonas de velocidad anormalmente bajas en la interfaz manto / núcleo

Recuerde que si el manto representa un medio sólido, el núcleo externo es principalmente hierro líquido. Es en la interfaz entre estos dos entornos muy diferentes donde sucede algo extraño: mientras que la densidad aumenta repentinamente en más de un tercio, la velocidad de las ondas sísmicas se reduce repentinamente a la mitad. Para explicar este fenómeno, los científicos pensaron durante un tiempo que estas áreas correspondían a bolsas de recubrimiento fundido. De hecho, las ondas se propagan peor en medios que contienen líquido. En este caso, estas bolsas de material fundido podrían representar las fuentes de magma que alimentan los puntos calientes, que se sabe que se originan a muy grandes profundidades. Los puntos calientes son como grandes columnas de manto caliente que ascienden lentamente a la superficie, donde dan lugar a un intenso vulcanismo. Los archipiélagos de islas volcánicas como Hawai o Canarias son el resultado de este tipo de fenómenos.

Sin embargo, la mayoría de las áreas de muy baja velocidad no se encuentran debajo de los volcanes de hoy en día. Esto, por tanto, pone en tela de juicio esta hipótesis.

Matemáticas para modelar la Tierra

Un nuevo estudio, publicado en Naturaleza Geociencia, por tanto, analizó este problema. Por lo tanto, los científicos estadounidenses exploraron otra hipótesis: estas zonas de muy baja velocidad podrían estar compuestas por rocas diferentes a las del manto circundante. Y lo más importante, esta composición puede estar relacionada con la de la Tierra primitiva.

Los autores del estudio creen que estas áreas con propiedades físicas especiales pueden ser en realidad agregados de óxido de hierro. La presencia de estas bolsas de material ferroso también puede participar en el campo magnético de la Tierra, que es generado principalmente por el núcleo líquido ubicado justo debajo.

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Para comprender la naturaleza y el origen de estas zonas de baja velocidad, los autores utilizaron lo que se llama el método inverso: a partir de un modelo matemático de la Tierra que incluye estas zonas de baja velocidad, los investigadores generaron bucles de simulación que reproducían las ondas sísmicas generadas por ese modelo. . En cada implementación se modifica el modelo hasta obtener una imagen sísmica que corresponde a la realmente observada. Al final de este proceso de inversión, los científicos obtuvieron un modelo del interior de la Tierra que podría explicar las observaciones sismológicas y, en particular, las zonas de baja velocidad en la interfaz núcleo / manto. El modelo final también le permite hacer suposiciones sobre su origen.

Bolsas de óxido de hierro, restos oceánicos del magma de la Tierra primitiva

Para entender esto, hay que retroceder mucho. Hace más de 4 mil millones de años, la Tierra estaba lejos del planeta que conocemos hoy. La Tierra primitiva en realidad se formó por la agregación de polvo del disco solar y una cantidad inimaginable de planetesimales (cometas, asteroides). Este paso fue seguido por lo que se llama «diferenciación»: el hierro más denso comienza a migrar hacia el interior de la Tierra mientras que los minerales más ligeros ascienden a la superficie. Así, las diferentes capas terrestres que conocemos hoy se van formando: corteza, manto, núcleo externo líquido y núcleo interno sólido. Esta fase fue interrumpida por la colisión con un cuerpo celeste del tamaño de Marte, esta colisión titánica dio lugar a la luna. También habría aumentado drásticamente la temperatura de la Tierra, este sobrecalentamiento condujo a la formación de un océano de magma.

© NASA / JPL-Caltech, Wikimedia Commons, dominio público]

Impresión artística de la colisión que dio origen a la Luna

Durante los siguientes millones de años, este océano de magma comenzó a enfriarse y diferenciarse, y los elementos más pesados ​​se asentaron en la base del manto para formar una capa de material denso y heterogéneo. Las dinámicas convectivas que se instalan poco después en el manto vendrán finalmente a perturbar la uniformidad de este nivel y formar las zonas discontinuas de baja velocidad que observamos hoy. Por tanto, la velocidad anormalmente baja de estos adhesivos estaría asociada a esta naturaleza química heterogénea. También representarían testigos residuales de ese océano de magma de la Tierra primitiva, milagrosamente salvado por la convección del manto.

Si bien esta interpretación no es única, abre la puerta a más investigaciones sobre el estado térmico inicial y la composición química del manto de la Tierra primitiva.