Los científicos podrían tener que reinterpretar los mapas sísmicos del interior de la Tierra
Cuando ocurre un sismo, los sismómetros cercanos recogen sus vibraciones en forma de ondas sísmicas. Además de revelar el epicentro de un sismo, las ondas sísmicas pueden dar a los científicos una forma de mapear las estructuras interiores de la Tierra, explica el Dr. C. J. Cline II de la Research School of Earth Sciences, Australian National University, Canberra Australia.
Al medir la velocidad a la cual las ondas sísmicas viajan a varias profundidades, los científicos pueden determinar los tipos de rocas y otros materiales que se encuentran debajo de la superficie de la Tierra. La precisión de tales mapas sísmicos depende de la comprensión de los científicos de cómo varios materiales afectan las velocidades de las ondas sísmicas.
Ahora, investigadores del MIT y la Universidad Nacional de Australia han descubierto que las ondas sísmicas son esencialmente ciegas a una sustancia muy común que se encuentra en todo el interior de la Tierra: el agua.
Los hallazgos van en contra de la suposición general de que las imágenes sísmicas pueden captar señales de agua en las profundidades del manto superior de la Tierra. De hecho, se descubrió que incluso pequeñas cantidades de agua no tienen ningún efecto sobre la velocidad a la que viajan las ondas sísmicas.
Los resultados pueden ayudar a los científicos a reinterpretar los mapas sísmicos del interior de la Tierra. Por ejemplo, en lugares como dorsales oceánicas, el magma de las profundidades de la Tierra entra en erupción a través de grietas masivas en el lecho marino, separándose de la dorsal y eventualmente solidificándose como una nueva corteza oceánica.
El proceso de fusión a decenas de kilómetros por debajo de la superficie elimina pequeñas cantidades de agua que se encuentran en las rocas a mayor profundidad. Los científicos han pensado que las imágenes sísmicas mostraron esta transición "húmedo-seco", que corresponde a la transición de las placas tectónicas rígidas al manto deformable que se encuentra debajo. Sin embargo, los hallazgos sugieren que las imágenes sísmicas pueden estar captando señales de que no se trata de agua, sino mas bien, pequeñas bolsas de roca fundida.
Cuando se ven variaciones muy fuertes, en las velocidades sísmicas, es más probable que se deban a fusión. El agua, en base en estos experimentos, ya no es un factor importante en ese sentido. Lo que cambiará la forma en que se interpretan las imágenes del interior de la Tierra.
Los investigadores originalmente se propusieron determinar exactamente cómo el agua afecta las velocidades de las ondas sísmicas. Asumieron, como la mayoría de los investigadores lo han hecho, que las imágenes sísmicas pueden "ver" el agua, en forma de grupos de hidroxilos dentro de los granos minerales individuales en las rocas, y como bolsas de agua a escala molecular atrapadas entre estos granos. Se sabe que el agua, incluso en pequeñas cantidades, debilita las rocas en el interior de la Tierra.
Se sabía que el agua tiene un fuerte efecto en las propiedades de las rocas. A partir de ahí, la inferencia fue que el agua también afecta sustancialmente las velocidades de las ondas sísmicas.
Para medir el grado en que el agua afecta las velocidades de las ondas sísmicas, se produjeron diferentes muestras de olivino, un mineral que constituye la mayor parte del manto superior de la Tierra y determina sus propiedades. Se introdujeron varias cantidades de agua dentro de cada muestra, y se colocaron las muestras una a la vez en una máquina diseñada para girar lentamente una roca, de forma similar a torcer una liga elástica. Los experimentos se realizaron en un horno a altas presiones y temperaturas, con el fin de simular las condiciones en las profundidades de la Tierra.
Se giró la muestra en un extremo y se medió la magnitud y el tiempo de demora de la deformación resultante en el otro extremo. Lo cual simula la propagación de ondas sísmicas a través de la Tierra. La magnitud de esta deformación es similar al ancho de un cabello humano delgado, no muy fácil de medir a una presión de 2.000 veces la presión atmosférica y una temperatura que se aproxima a la temperatura de fusión del acero.
Los investigadores esperaban encontrar una correlación entre la cantidad de agua en una muestra dada y la velocidad a la cual las ondas sísmicas se propagarían a través de esa muestra. Cuando las muestras iniciales no mostraron el comportamiento anticipado, los investigadores modificaron la composición y midieron nuevamente, pero siguieron obteniendo el mismo resultado negativo. Eventualmente se volvió inevitable que la hipótesis original fuera incorrecta.
A partir de las medidas de torsión, las rocas se comportaron como si estuvieran secas, aun cuando se podía analizar claramente que el agua estaba allí. En ese momento, se supo que el agua no hacia ninguna diferencia.
Otro resultado inesperado de los experimentos fue que la velocidad de las ondas sísmicas parecía depender del estado de oxidación de la roca. Todas las rocas en la Tierra contienen ciertas cantidades de hierro, en diversos estados de oxidación, al igual que el hierro metálico en un automóvil puede oxidarse cuando se expone a una cierta cantidad de oxígeno. Los investigadores encontraron, casi involuntariamente, que la oxidación del hierro en olivino afecta la forma en que viajan las ondas sísmicas a través de la roca.
Los investigadores llegaron a esta conclusión después de tener que replantear su configuración experimental. Para llevar a cabo sus experimentos, generalmente se recubre cada muestra de roca en un cilindro hecho de níquel y hierro. Sin embargo, al medir el contenido de agua de cada muestra en este cilindro, descubrieron que los átomos de hidrógeno en el agua tendían a escapar de la roca a través de la carcasa de metal. Para contener el hidrógeno, cambiaron su carcasa a una hecha de platino.
Para su sorpresa, descubrieron que el tipo de metal que rodeaba las muestras afectaba sus propiedades sísmicas. Experimentos separados mostraron que lo que de hecho cambió fue la cantidad de Fe3 + en olivino. Normalmente, el estado de oxidación del hierro en olivino es 2+. Como resultado, la presencia de Fe3 + produce imperfecciones que afectan las velocidades de las ondas sísmicas.
Los hallazgos sugieren que las ondas sísmicas se pueden usar para mapear los niveles de oxidación, como en las zonas de subducción, regiones en la Tierra donde las placas oceánicas se hunden en el manto. En función de los resultados, sin embargo, las imágenes sísmicas no pueden utilizarse para obtener imágenes de la distribución del agua en el interior de la Tierra. Lo que algunos científicos interpretaron como es que el agua puede de hecho derretirse, una idea que puede cambiar nuestra comprensión de cómo la Tierra cambia sus placas tectónicas con el tiempo.
Una pregunta subyacente es qué es lo que lubrica las placas tectónicas en la Tierra. Este artículo apunta a la importancia de pequeñas cantidades de masa fundida en la base de las placas tectónicas, en lugar de un manto húmedo debajo de las placas secas. En general, estos resultados pueden ayudar a iluminar el ciclo volátil entre el interior y la superficie de la Tierra, concluye el Dr. Cline.
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Créditos: C. J. Cline II
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Ahora, investigadores del MIT y la Universidad Nacional de Australia han descubierto que las ondas sísmicas son esencialmente ciegas a una sustancia muy común que se encuentra en todo el interior de la Tierra: el agua.
Los hallazgos van en contra de la suposición general de que las imágenes sísmicas pueden captar señales de agua en las profundidades del manto superior de la Tierra. De hecho, se descubrió que incluso pequeñas cantidades de agua no tienen ningún efecto sobre la velocidad a la que viajan las ondas sísmicas.
Los resultados pueden ayudar a los científicos a reinterpretar los mapas sísmicos del interior de la Tierra. Por ejemplo, en lugares como dorsales oceánicas, el magma de las profundidades de la Tierra entra en erupción a través de grietas masivas en el lecho marino, separándose de la dorsal y eventualmente solidificándose como una nueva corteza oceánica.
El proceso de fusión a decenas de kilómetros por debajo de la superficie elimina pequeñas cantidades de agua que se encuentran en las rocas a mayor profundidad. Los científicos han pensado que las imágenes sísmicas mostraron esta transición "húmedo-seco", que corresponde a la transición de las placas tectónicas rígidas al manto deformable que se encuentra debajo. Sin embargo, los hallazgos sugieren que las imágenes sísmicas pueden estar captando señales de que no se trata de agua, sino mas bien, pequeñas bolsas de roca fundida.
Cuando se ven variaciones muy fuertes, en las velocidades sísmicas, es más probable que se deban a fusión. El agua, en base en estos experimentos, ya no es un factor importante en ese sentido. Lo que cambiará la forma en que se interpretan las imágenes del interior de la Tierra.
Los investigadores originalmente se propusieron determinar exactamente cómo el agua afecta las velocidades de las ondas sísmicas. Asumieron, como la mayoría de los investigadores lo han hecho, que las imágenes sísmicas pueden "ver" el agua, en forma de grupos de hidroxilos dentro de los granos minerales individuales en las rocas, y como bolsas de agua a escala molecular atrapadas entre estos granos. Se sabe que el agua, incluso en pequeñas cantidades, debilita las rocas en el interior de la Tierra.
Se sabía que el agua tiene un fuerte efecto en las propiedades de las rocas. A partir de ahí, la inferencia fue que el agua también afecta sustancialmente las velocidades de las ondas sísmicas.
Para medir el grado en que el agua afecta las velocidades de las ondas sísmicas, se produjeron diferentes muestras de olivino, un mineral que constituye la mayor parte del manto superior de la Tierra y determina sus propiedades. Se introdujeron varias cantidades de agua dentro de cada muestra, y se colocaron las muestras una a la vez en una máquina diseñada para girar lentamente una roca, de forma similar a torcer una liga elástica. Los experimentos se realizaron en un horno a altas presiones y temperaturas, con el fin de simular las condiciones en las profundidades de la Tierra.
Se giró la muestra en un extremo y se medió la magnitud y el tiempo de demora de la deformación resultante en el otro extremo. Lo cual simula la propagación de ondas sísmicas a través de la Tierra. La magnitud de esta deformación es similar al ancho de un cabello humano delgado, no muy fácil de medir a una presión de 2.000 veces la presión atmosférica y una temperatura que se aproxima a la temperatura de fusión del acero.
Los investigadores esperaban encontrar una correlación entre la cantidad de agua en una muestra dada y la velocidad a la cual las ondas sísmicas se propagarían a través de esa muestra. Cuando las muestras iniciales no mostraron el comportamiento anticipado, los investigadores modificaron la composición y midieron nuevamente, pero siguieron obteniendo el mismo resultado negativo. Eventualmente se volvió inevitable que la hipótesis original fuera incorrecta.
A partir de las medidas de torsión, las rocas se comportaron como si estuvieran secas, aun cuando se podía analizar claramente que el agua estaba allí. En ese momento, se supo que el agua no hacia ninguna diferencia.
Otro resultado inesperado de los experimentos fue que la velocidad de las ondas sísmicas parecía depender del estado de oxidación de la roca. Todas las rocas en la Tierra contienen ciertas cantidades de hierro, en diversos estados de oxidación, al igual que el hierro metálico en un automóvil puede oxidarse cuando se expone a una cierta cantidad de oxígeno. Los investigadores encontraron, casi involuntariamente, que la oxidación del hierro en olivino afecta la forma en que viajan las ondas sísmicas a través de la roca.
Los investigadores llegaron a esta conclusión después de tener que replantear su configuración experimental. Para llevar a cabo sus experimentos, generalmente se recubre cada muestra de roca en un cilindro hecho de níquel y hierro. Sin embargo, al medir el contenido de agua de cada muestra en este cilindro, descubrieron que los átomos de hidrógeno en el agua tendían a escapar de la roca a través de la carcasa de metal. Para contener el hidrógeno, cambiaron su carcasa a una hecha de platino.
Para su sorpresa, descubrieron que el tipo de metal que rodeaba las muestras afectaba sus propiedades sísmicas. Experimentos separados mostraron que lo que de hecho cambió fue la cantidad de Fe3 + en olivino. Normalmente, el estado de oxidación del hierro en olivino es 2+. Como resultado, la presencia de Fe3 + produce imperfecciones que afectan las velocidades de las ondas sísmicas.
Los hallazgos sugieren que las ondas sísmicas se pueden usar para mapear los niveles de oxidación, como en las zonas de subducción, regiones en la Tierra donde las placas oceánicas se hunden en el manto. En función de los resultados, sin embargo, las imágenes sísmicas no pueden utilizarse para obtener imágenes de la distribución del agua en el interior de la Tierra. Lo que algunos científicos interpretaron como es que el agua puede de hecho derretirse, una idea que puede cambiar nuestra comprensión de cómo la Tierra cambia sus placas tectónicas con el tiempo.
Una pregunta subyacente es qué es lo que lubrica las placas tectónicas en la Tierra. Este artículo apunta a la importancia de pequeñas cantidades de masa fundida en la base de las placas tectónicas, en lugar de un manto húmedo debajo de las placas secas. En general, estos resultados pueden ayudar a iluminar el ciclo volátil entre el interior y la superficie de la Tierra, concluye el Dr. Cline.
