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| La trayectoria azul ilustra una onda sísmica penetrante en el núcleo que se desplaza a través de una región del núcleo exterior, donde la velocidad sísmica ha aumentado porque un flujo de baja densidad se ha desplazado a la región. Crédito: Ying Zhou |
En mayo de 1997, un gran terremoto sacudió la región de las Islas Kermadec en el Océano Pacífico Sur. Casi 20 años después, en septiembre de 2018, un segundo gran terremoto sacudió el mismo lugar, sus ondas de energía sísmica emanaron de la misma región.
Aunque los terremotos se produjeron con dos décadas de diferencia porque ocurrieron en la misma región, se esperaría que enviaran ondas sísmicas a través de las capas de la Tierra a la misma velocidad, dijo Ying Zhou, geocientífica del Departamento de Geociencias de la Facultad de Ciencias de Virginia Tech.
Pero en los datos registrados en cuatro de las más de 150 estaciones de la Red Sismográfica Mundial que registran las vibraciones sísmicas en tiempo real, Zhou encontró una anomalía entre los eventos gemelos: Durante el terremoto de 2018, un conjunto de ondas sísmicas conocidas como ondas SKS viajaron alrededor de un segundo más rápido que sus contrapartes en 1997.
Según Zhou, esa discrepancia de un segundo en el tiempo de viaje de las ondas SKS nos da una visión importante y sin precedentes de lo que está sucediendo más profundamente en el interior de la Tierra, en su núcleo exterior.
El núcleo externo se encuentra entre el manto, la gruesa capa de roca que se encuentra bajo la corteza terrestre, y el núcleo interno, la capa interior más profunda del planeta. Está compuesto principalmente por hierro líquido que sufre convección, o flujo de fluidos, a medida que la Tierra se enfría. Este remolino de metal líquido produce corrientes eléctricas responsables de generar el campo magnético de la Tierra, que protege al planeta y a toda la vida en él de la radiación dañina y los vientos solares.
Sin su campo magnético, la Tierra no podría sustentar la vida, y sin los flujos móviles de metal líquido en el núcleo externo, el campo magnético no funcionaría. Pero la comprensión científica de esta dinámica se basa en simulaciones, dijo Zhou.
"Sólo sabemos que, en teoría, si hay convección en el núcleo externo, se podrá generar el campo magnético", dijo.
Los científicos también sólo han podido especular sobre el origen de los cambios graduales en la fuerza y la dirección del campo magnético que se han observado, lo que probablemente implique el cambio de flujos en el núcleo externo.
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| Las líneas azules son rayos sísmicos en el núcleo exterior, donde las ondas sísmicas que penetran en el núcleo se movieron a través de esa región más rápido en 2018 que en 1997. Crédito: Ying Zhou |
"Si se observa el polo geomagnético norte, actualmente se mueve a una velocidad de unos 50 kilómetros [31 millas] por año", dijo Zhou. "Se está alejando de Canadá y acercándose a Siberia. El campo magnético no es el mismo todos los días. Está cambiando. Como está cambiando, también especulamos que la convección en el núcleo exterior está cambiando con el tiempo, pero no hay pruebas directas. Nunca la hemos visto".
Zhou se propuso encontrar esa evidencia. Los cambios que se producen en el núcleo externo no son dramáticos, dijo, pero vale la pena confirmarlos y comprenderlos fundamentalmente. En las ondas sísmicas y sus cambios de velocidad en una escala temporal de una década, Zhou vio un medio para el "muestreo directo" del núcleo exterior. Esto se debe a que las ondas SKS que estudió lo atraviesan.
"SKS" representa tres fases de la onda: Primero atraviesa el manto como una onda S, u onda de cizallamiento; luego entra en el núcleo externo como una onda de compresión; y después vuelve a salir a través del manto como una onda S. La velocidad de estas ondas depende en parte de la densidad del núcleo externo que se encuentra en su camino. Si la densidad es menor en una región del núcleo externo cuando la onda penetra en ella, la onda viajará más rápido, tal y como hicieron las ondas SKS anómalas en 2018.
"Algo ha cambiado en la trayectoria de esa onda, por lo que ahora puede ir más rápido", dijo Zhou.
Para Zhou, la diferencia en la velocidad de las olas apunta a la formación de regiones de baja densidad en el núcleo exterior en los 20 años transcurridos desde el terremoto de 1997. Esa mayor velocidad de la onda SKS durante el terremoto de 2018 puede atribuirse a la liberación de elementos ligeros como el hidrógeno, el carbono y el oxígeno en el núcleo externo durante la convección que tiene lugar cuando la Tierra se enfría, dijo.
"El material que estaba allí hace 20 años ya no está", dijo Zhou.
"Se trata de un nuevo material, y es más ligero. Estos elementos ligeros se moverán hacia arriba y cambiarán la densidad en la región donde se encuentran".
Para Zhou, es una prueba de que el movimiento realmente está ocurriendo en el núcleo, y está cambiando con el tiempo, como los científicos han teorizado. "Somos capaces de verlo ahora", dijo. "Si somos capaces de verlo a partir de las ondas sísmicas, en el futuro, podríamos instalar estaciones sísmicas y controlar ese flujo".
Utilizando un método de medición de ondas conocido como interferometría, su equipo planea analizar las grabaciones sísmicas continuas de dos estaciones sísmicas, una de las cuales servirá como fuente "virtual" de terremotos, dijo.
"Podemos utilizar los terremotos, pero la limitación de basarse en los datos de los terremotos es que no podemos controlar realmente las ubicaciones de los mismos", dijo Zhou. "Pero podemos controlar la ubicación de las estaciones sísmicas. Podemos colocar las estaciones donde queramos, con la trayectoria de las ondas de una estación a otra pasando por el núcleo exterior. Si lo controlamos a lo largo del tiempo, podremos ver cómo cambian las ondas sísmicas que penetran en el núcleo entre esas dos estaciones. Con eso, podremos ver mejor el movimiento del fluido en el núcleo externo con el tiempo".
Fuentes, créditos y referencias:
Zhou, Y. Transient variation in seismic wave speed points to fast fluid movement in the Earth’s outer core. Commun Earth Environ 3, 97 (2022). DOI: 10.1038/s43247-022-00432-7