Los científicos han detectado el terremoto más profundo de la historia, unos asombrosos 751 kilómetros por debajo de la superficie de la Tierra. Esa profundidad coloca el terremoto en el manto inferior, donde los sismólogos esperaban que los terremotos fueran imposibles. Esto se debe a que, bajo presiones extremas, las rocas tienen más probabilidades de doblarse y deformarse que de romperse con una liberación repentina de energía. Pero los minerales no siempre se comportan exactamente como se esperaba, dijo Pamela Burnley, profesora de geomateriales en la Universidad de Nevada, Las Vegas, que no participó en la investigación. Incluso bajo presiones en las que deberían transformarse en estados diferentes y menos propensos a los terremotos, es posible que permanezcan en configuraciones antiguas.
“El hecho de que deban cambiar no significa que lo harán”, dijo Burnley a Live Science. Lo que el terremoto puede revelar, entonces, es que los límites dentro de la Tierra son más difusos de lo que a menudo se les atribuye.
Cruzando la frontera
El terremoto, reportado por primera vez en junio en la revista Geophysical Research Letters, fue una réplica menor de un terremoto de magnitud 7,9 que sacudió las islas Bonin frente a Japón continental en 2015. Investigadores dirigidos por el sismólogo de la Universidad de Arizona Eric Kiser detectaron el terremoto utilizando la matriz de red de estaciones sísmicas. La matriz es el sistema más poderoso para detectar terremotos en uso actual, dijo John Vidale, un sismólogo de la Universidad del Sur de California que no participó en el estudio. El terremoto fue pequeño y no se pudo sentir en la superficie, por lo que se necesitaron instrumentos sensibles para encontrarlo.
La profundidad del terremoto aún debe ser confirmada por otros investigadores, dijo Vidale a Live Science, pero el hallazgo parece confiable. “Hicieron un buen trabajo, así que tiendo a pensar que probablemente sea correcto”, dijo Vidale.
Esto hace que el terremoto sea un rasguño de cabeza. La gran mayoría de los terremotos son superficiales y se originan dentro de la corteza terrestre y el manto superior dentro de los primeros 100 km bajo la superficie. En la corteza, que se extiende solo unos 20 km en promedio, las rocas son frías y quebradizas. Cuando estas rocas sufren estrés, dijo Burnley, solo pueden doblarse un poco antes de romperse, liberando energía como un resorte en espiral. Más profundas en la corteza y el manto inferior, las rocas están más calientes y están sometidas a presiones más altas, lo que las hace menos propensas a romperse. Pero a esta profundidad, pueden ocurrir terremotos cuando altas presiones empujan los poros llenos de líquido en las rocas, forzando la salida de los fluidos. En estas condiciones, las rocas también son propensas a romperse por fragilidad, dijo Burnley.
Este tipo de dinámica puede explicar terremotos de hasta 400 km, que todavía se encuentra en el manto superior. Pero incluso antes de la réplica de Bonin de 2015, se han observado terremotos en el manto inferior, hasta unos 670 km. Esos terremotos han sido misteriosos durante mucho tiempo, dijo Burnley. Los poros de las rocas que retienen el agua se han cerrado, por lo que los fluidos ya no son un detonante.
“A esa profundidad, creemos que toda el agua debería ser expulsada, y definitivamente estamos muy, muy lejos de donde veríamos el comportamiento frágil clásico”, dijo. “Esto siempre ha sido un dilema”.
Minerales cambiantes
El problema con los terremotos a una profundidad superior a las 249 millas tiene que ver con la forma en que los minerales se comportan bajo presión. Gran parte del manto del planeta está formado por un mineral llamado olivino, que es brillante y verde. Alrededor de 249 millas hacia abajo, las presiones hicieron que los átomos de olivino se reorganizaran en una estructura diferente, un mineral azulado llamado wadsleyita. Otros 100 km más profundos, la wadsleyita se reorganiza nuevamente en ringwoodita. Finalmente, a unos 680 km de profundidad en el manto, la ringwoodita se descompone en dos minerales, bridgmanita y periclasa. Los geocientíficos no pueden explorar la Tierra tan lejos directamente, por supuesto, pero pueden usar equipos de laboratorio para recrear presiones extremas y crear estos cambios en la superficie. Y debido a que las ondas sísmicas se mueven de manera diferente a través de diferentes fases minerales, los geofísicos pueden ver signos de estos cambios al observar las vibraciones causadas por grandes terremotos.
Esa última transición marca el final del manto superior y el comienzo del manto inferior. Lo importante de estas fases minerales no son sus nombres, sino que cada una se comporta de manera diferente. Es similar al grafito y los diamantes, dijo Burnley. Ambos están hechos de carbono, pero en diferentes disposiciones. El grafito es la forma estable en la superficie de la Tierra, mientras que los diamantes son la forma estable en las profundidades del manto. Y ambos se comportan de manera muy diferente: el grafito es suave, gris y resbaladizo, mientras que los diamantes son extremadamente duros y transparentes. A medida que el olivino se transforma en sus frases de mayor presión, es más probable que se doble y sea menos probable que se rompa de una manera que provoque terremotos.
Los geólogos estaban desconcertados por los terremotos en el manto superior hasta la década de 1980, y todavía no todos están de acuerdo sobre por qué ocurren allí. Burnley y su asesor de doctorado, el mineralogista Harry Green, fueron los que propusieron una posible explicación. En experimentos en la década de 1980, la pareja descubrió que las fases minerales de olivino no eran tan ordenadas y limpias. En algunas condiciones, por ejemplo, el olivino puede omitir la fase de wadsleyita y dirigirse directamente a ringwoodita. Y justo en la transición de olivino a ringwoodita, bajo suficiente presión, el mineral podría romperse en lugar de doblarse.
“Si no hubiera ninguna transformación en mi muestra, no se rompería”, dijo Burnley. “Pero en el momento en que sucedía la transformación y la aplastaba al mismo tiempo, se rompía”.
Burnley y Green informaron su hallazgo en 1989 en la revista Nature, lo que sugiere que esta presión en la zona de transición podría explicar los terremotos por debajo de las 249 millas.
Profundizando
Sin embargo, el nuevo terremoto de Bonin es más profundo que esta zona de transición. A 467 millas de profundidad, se originó en un lugar que debería estar directamente en el manto inferior.
Una posibilidad es que el límite entre el manto superior e inferior no esté exactamente donde los sismólogos esperan que esté en la región de Bonin, dijo Heidi Houston, geofísica de la Universidad del Sur de California que no participó en el trabajo. El área frente a la isla Bonin es una zona de subducción donde una losa de corteza oceánica se sumerge debajo de una losa de corteza continental. Este tipo de cosas tiende a tener un efecto de deformación.
“Es un lugar complicado, no sabemos exactamente dónde está este límite entre el manto superior e inferior”, dijo Houston a Live Science.
Los autores del artículo argumentan que la losa de corteza en subducción puede haberse asentado esencialmente en el manto inferior con la suficiente firmeza como para colocar las rocas allí bajo una tremenda cantidad de estrés, generando suficiente calor y presión para causar una ruptura muy inusual. Burnley, sin embargo, sospecha que la explicación más probable tiene que ver con el mal comportamiento de los minerales, o al menos de manera extraña. La corteza continental que se hunde hacia el centro de la Tierra es mucho más fría que los materiales circundantes, dijo, y eso significa que los minerales en el área podrían no estar lo suficientemente calientes para completar los cambios de fase que se supone que deben hacer a una presión determinada.
Nuevamente, los diamantes y el grafito son un buen ejemplo, dijo Burnley. Los diamantes no son estables en la superficie de la Tierra, lo que significa que no se formarían espontáneamente, pero no se degradan en grafito cuando los colocas en anillos de compromiso. Eso es porque hay una cierta cantidad de energía que los átomos de carbono necesitan para reorganizarse y, a las temperaturas de la superficie de la Tierra, esa energía no está disponible (a menos que alguien golpee el diamante con un láser de rayos X).
Algo similar puede suceder en profundidad con el olivino, dijo Burnley. El mineral puede estar bajo suficiente presión para transformarse en una fase no frágil, pero si hace demasiado frío, digamos, debido a una losa gigante de corteza continental fría a su alrededor, podría seguir siendo olivino. Esto podría explicar por qué un terremoto podría originarse en la corteza inferior: simplemente no hace tanto calor como los científicos esperan que sea.
“Mi pensamiento general es que si el material está lo suficientemente frío como para acumular suficiente estrés para liberarlo repentinamente en un terremoto, también es lo suficientemente frío como para que el olivino se haya quedado atascado en su estructura de olivino”, dijo Burnley.
Cualquiera que sea la causa del terremoto, no es probable que se repita con frecuencia, dijo Houston. Solo aproximadamente la mitad de las zonas de subducción en todo el mundo incluso experimentan terremotos profundos, y el tipo de terremoto grande que precedió a este ultra profundo solo ocurre cada dos a cinco años, en promedio.
“Esta es una ocurrencia bastante rara”, dijo.
Fuente: Live Science.
