La Universidad de California, Berkeley, los sismólogos han producido por primera vez una exploración tridimensional nítida del interior de la Tierra que conecta de manera concluyente columnas de roca caliente que se elevan a través del manto con puntos calientes de superficie que generan cadenas de islas volcánicas como Hawai, Samoa e Islandia.
Esencialmente, una tomografía computarizada, o tomografía computarizada, del interior de la Tierra, la imagen surgió de una simulación de supercomputadora en el Centro Nacional de Computación Científica de Investigación de Energía NERSC del Departamento de Energía en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.
Mientras que los TC médicos emplean rayos X para sondear el cuerpo, los científicos cartografiaron las plumas del manto analizando los caminos de las ondas sísmicas que rebotaban en el interior de la Tierra después de 273 terremotos fuertes que sacudieron el globo en los últimos 20 años.
Los intentos anteriores para obtener imágenes de plumas de manto han detectado bolsas de roca caliente que se elevan en áreas donde se han propuesto plumas, pero no estaba claro si estaban conectadas a puntos calientes volcánicos en la superficie o las raíces de las plumas en el límite del manto central a 2.900 kilómetros1,800 millas debajo de la superficie.
El nuevo mapa de alta resolución del manto, la roca caliente debajo de la corteza terrestre pero por encima del núcleo de hierro del planeta, no solo muestra estas conexiones para muchos puntos calientes en el planeta, sino que revela que debajo de aproximadamente 1,000 kilómetros las plumas sonentre 600 y 1,000 kilómetros de ancho, hasta cinco veces más ancho de lo que pensaban los geofísicos. Es probable que las plumas sean al menos 400 grados Celsius más calientes que las rocas circundantes.
"Nadie ha visto antes estos objetos columnares que son contiguos desde la parte inferior del manto hasta la parte superior del manto", dijo el primer autor Scott French, un científico computacional en NERSC que recientemente recibió su Ph.D. de UC Berkeley.
La autora principal Barbara Romanowicz, profesora de ciencias de la tierra y planetarias de UC Berkeley, señaló que las conexiones entre las plumas de manto inferior y los puntos calientes volcánicos no son directas porque las cimas de las plumas se extienden como el delta de un río a medida quefusionarse con la roca del manto superior menos viscosa.
"Estas columnas están claramente separadas en el manto inferior y van hasta unos 1.000 kilómetros debajo de la superficie, pero luego comienzan a adelgazarse en la parte superior del manto, y serpentean y se desvían", dijo."Así que si bien la parte superior de las plumas están asociadas con volcanes de puntos calientes, no siempre están verticalmente debajo de ellos".
Anclas antiguas
La nueva imagen también muestra que las bases de estos penachos están anclados en el límite del núcleo-manto en dos grandes bloques de roca caliente, cada uno de aproximadamente 5.000 kilómetros de diámetro, que probablemente sean más densos que la roca circundante. Romanowicz estima que esos dos anclajes- directamente opuestos entre sí en África y el Océano Pacífico - han estado en los mismos lugares durante 250 millones de años.
French y Romanowicz, que también está afiliado al Institut de Physique du Globe y al Collège de France en París, publicarán sus hallazgos en la edición del 3 de septiembre de la revista británica Naturaleza .
La Tierra está en capas como una cebolla. Una corteza exterior contiene los océanos y continentes, mientras que debajo de la corteza se encuentra un grueso manto de roca caliente pero sólida de 2.900 kilómetros de espesor. Debajo del manto se encuentra el núcleo externo, compuesto de hierro líquido, fundido yníquel, que envuelve un núcleo interno de hierro sólido en el centro del planeta.
Calentada por el núcleo caliente, la roca en el manto se eleva y cae como agua hirviendo suavemente en una sartén, aunque esta convección se produce mucho más lentamente. Los sismólogos propusieron hace unos 30 años que las plumas estacionarias de roca caliente en el manto ocasionalmente perforabanla corteza para producir volcanes, que, a medida que la corteza se movía, generaba cadenas de islas como las Islas Galápagos, Cabo Verde y Canarias.
Las islas hawaianas, por ejemplo, consisten en Kauai de 5 millones de años al oeste pero islas cada vez más jóvenes al este, porque la Placa del Pacífico se está moviendo hacia el oeste. La erupción más nueva, Loihi, todavía está creciendo bajo el agua al este delLa isla más joven de la cadena, Hawai.
Hasta ahora, la evidencia de la teoría del penacho y los puntos calientes había sido circunstancial, y algunos sismólogos argumentaron en cambio que los puntos calientes son piscinas muy poco profundas de cámaras de magma que se alimentan de rocas calientes debajo de los volcanes.
Romanowicz, que usa ondas sísmicas para estudiar el interior de la Tierra, había trabajado previamente con French, entonces un estudiante graduado, en un modelo tomográfico de los 800 kilómetros superiores del manto, que mostraba regiones calientes y frías periódicas de rocas debajo de volcanes de puntos calientes.El nuevo estudio completa esa imagen hasta el límite núcleo-manto.
Ella notó que si la temperatura más alta fuera la responsable del aumento de los penachos, tendrían solo 100-200 kilómetros de ancho y se hincharían solo cuando se acercaran a la superficie. El hecho de que parecen ser cinco veces más anchos en el manto inferior sugiereque también difieren químicamente de la roca más fría que lo rodea.
Esto admite modelos en los que el material en el penacho es una mezcla de roca de manto normal y roca primordial de la roca densa que ancla el penacho en el límite entre el núcleo y el manto. De hecho, se sabe que la lava que emerge de los volcanes de los puntos críticos difiere química e isotópicamentede la lava de otros volcanes, como los que entran en erupción en las zonas de subducción donde la corteza terrestre se sumerge en el manto superior.
El análisis de la supercomputadora no detectó penachos debajo de todos los volcanes de puntos críticos, como los del Parque Nacional de Yellowstone. Los penachos que los alimentan pueden ser demasiado delgados para ser detectados dados los límites computacionales de la técnica de modelado global, dijo French.
Millones de horas de tiempo de computadora
Para crear una TC de alta resolución de la Tierra, French utilizó simulaciones numéricas muy precisas de cómo viajan las ondas sísmicas a través del manto, y comparó sus predicciones con el movimiento del suelo realmente medido por detectores de todo el mundo. Los intentos anteriores de otros investigadores a menudo se aproximabanLa física de la propagación de ondas se centró principalmente en los tiempos de llegada de solo ciertos tipos de ondas sísmicas, como las ondas P presión y S cortante, que viajan a diferentes velocidades. French utilizó simulaciones numéricas para calcular todos los componentes de la onda.ondas sísmicas, como su dispersión y difracción, y modificaron el modelo repetidamente para ajustar los datos grabados utilizando un método similar a la regresión estadística. El cómputo final requirió 3 millones de horas de CPU en las supercomputadoras de NERSC, aunque la computación paralela lo redujo a un par de semanas.
Romanowicz espera eventualmente obtener imágenes de supercomputadoras de mayor resolución del interior de la Tierra, quizás haciendo zoom en áreas específicas, como la que se encuentra debajo del Océano Pacífico, o utilizando nuevos datos.
"La tomografía es el método más poderoso para obtener esta información, pero en el futuro se combinará con mediciones de gravedad muy sensibles de satélites y tal vez con un sonido electromagnético, donde las personas realizan mediciones de conductividad del interior", dijo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Berkeley . Original escrito por Robert Sanders. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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