Los geocientíficos de la Universidad de Texas en Dallas utilizaron recientemente cantidades masivas de datos y supercomputadoras de terremotos para generar imágenes 3D de alta resolución de los procesos geológicos dinámicos que tienen lugar muy por debajo de la superficie de la Tierra.
En un estudio publicado el 29 de abril en Comunicaciones de la naturaleza , el equipo de investigación de UT Dallas describió cómo creó imágenes de flujos de manto en una región de subducción bajo América Central y el Mar Caribe utilizando una técnica computacionalmente intensiva llamada inversión de forma de onda completa FWI.
"Este es el primer estudio sísmico integral que capta directamente la imagen de los campos de flujo del manto 3D en entornos de subducción reales utilizando tecnología avanzada de FWI", dijo el Dr. Hejun Zhu, autor correspondiente del estudio y profesor asistente de geociencias en la Facultad de Ciencias Naturales yMatemáticas: el Dr. Jidong Yang, que obtuvo su doctorado en geociencias de la UT Dallas en mayo, y el Dr. Robert Stern, profesor de geociencias, son los coautores del estudio.
una tierra dinámica
Entre la capa relativamente delgada de la corteza terrestre y su núcleo interno se encuentra la parte más gruesa del planeta, el manto. Durante cortos períodos de tiempo, el manto puede considerarse roca sólida, pero en la escala de tiempo geológico de millones de años,el manto fluye como un fluido viscoso.
La corteza terrestre se rompe en pedazos llamados placas tectónicas. Estas placas se mueven a través y dentro del manto muy lentamente, casi tan rápido como crecen las uñas. En las regiones llamadas zonas de subducción, una placa desciende debajo de otra dentro del manto.
"El hundimiento de las placas oceánicas en el manto de la Tierra en las zonas de subducción es lo que hace que las placas tectónicas de la Tierra se muevan y es uno de los procesos más importantes que tienen lugar en nuestro planeta", dijo Zhu. "Las zonas de subducción también son la fuente demuchos peligros naturales, como terremotos, volcanes y tsunamis. Pero el patrón de flujo del manto y la deformación alrededor de las placas descendentes aún no se conoce bien. La información que proporcionan nuestras técnicas es crucial para comprender nuestro planeta dinámico ".
Investigación intensiva en datos
Zhu y sus colegas abordaron el problema utilizando una medición geofísica llamada anisotropía sísmica, que mide la diferencia en la rapidez con que las ondas mecánicas generadas por los terremotos viajan en diferentes direcciones dentro de la Tierra. La anisotropía sísmica puede revelar cómo se mueve el manto alrededor de la placa subductora.La industria energética también utiliza una tecnología similar para localizar los recursos de petróleo y gas.
"Cuando un buzo se sumerge en el agua, el agua se separa, y esa separación a su vez afecta la forma en que el agua se mueve alrededor del nadador", dijo Zhu. "Es similar con las placas oceánicas: cuando se sumergen en el manto caliente, esa acción induceseparación del manto y flujo alrededor de las placas "
El equipo de investigación creó las imágenes utilizando datos de alta fidelidad registrados durante un período de 10 años a partir de 180 terremotos por unas 4.500 estaciones sísmicas ubicadas en una cuadrícula en los EE. UU. Los cálculos numéricos para el algoritmo FWI se realizaron en la informática de alto rendimientoclústeres en el Centro de Computación Avanzada de Texas con el apoyo de la National Science Foundation NSF en UT Austin, así como en supercomputadoras en UT Dallas.
"Anteriormente no podíamos" ver "debajo de la superficie de la Tierra, pero al usar esta tecnología y este maravilloso conjunto de datos, podemos delinear la distribución 3D de varios fenómenos sísmicos y decir a qué profundidad están ocurriendo".Dijo Zhu
Ido a pedazos
Las imágenes confirmaron que las placas en la región de estudio no son piezas grandes y sólidas, sino que están fragmentadas en losas más pequeñas.
"Esto se ve diferente de las representaciones de las placas tectónicas en los libros de texto, con una pieza sólida de placa oceánica que desciende debajo de otra pieza sólida", dijo Zhu. "Algunos investigadores han planteado la hipótesis de que esta fragmentación se produce, y nuestras imágenes y modelos proporcionan evidenciaeso apoya esa opinión "
El modelo 3D de Zhu muestra patrones complejos de flujo del manto alrededor de varios fragmentos descendentes y en los espacios entre losas. Estas piezas fragmentadas y gruesas se ven en regiones de todo el mundo, dijo Zhu.
En el noroeste de los EE. UU., Por ejemplo, la Placa de Juan de Fuca también está fragmentada en dos partes donde desciende debajo de la Placa de América del Norte en la zona de subducción de Cascadia, un área donde se han producido fuertes terremotos a lo largo de los siglos.
"Sabemos que la mayoría de los terremotos ocurren en la interfaz entre una losa y el manto. Si hay una brecha entre estos fragmentos, lo que se llama una región de ventana, no esperarías terremotos allí", dijo Zhu. "Si mirasEn la distribución del terremoto a lo largo de la zona de subducción de Cascadia, hay un lapso donde no hay terremotos. Esa es probablemente una región donde hay una brecha en la placa oceánica en subducción.
"La Trinchera de América Central que estudiamos tiene sus propias propiedades dinámicas únicas. En el futuro, planeamos cambiar nuestra atención a otras zonas de subducción, incluida la zona de subducción Kermadec-Tonga en la región de las placas de Australia y el Pacífico."
La investigación fue financiada por una subvención a Zhu de la División de Ciencias de la Tierra de la NSF.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Texas en Dallas . Original escrito por Amanda Siegfried. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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