Cambios en el núcleo externo de la Tierra revelados por ondas sísmicas de terremotos

Una diferencia de un segundo en el tiempo de viaje de un grupo de ondas sísmicas nos da una imagen importante y sin precedentes de lo que está sucediendo en las profundidades de la Tierra.

La teoría respalda nuestra comprensión de la convección en el núcleo externo de la Tierra y su función en el control del campo magnético del planeta. Los científicos no han observado directamente los flujos convectivos o cómo pueden cambiar. El geólogo de Virginia Tech, Ying Zhou, proporciona evidencia por primera vez.

Un gran terremoto sacudió la región de las Islas Kermadec en el Pacífico Sur en mayo de 1997. Más de 20 años después, en septiembre de 2018, un segundo gran terremoto azotó el mismo lugar, con ondas de energía sísmica que se irradiaron desde la misma región.

Aunque dos décadas de sismicidad separan los terremotos, debido a que ocurren en la misma región, se espera que envíen ondas sísmicas a través de las capas de la Tierra a la misma velocidad, dijo Ying Zhou, geólogo del Departamento de Ciencias de la Tierra en Virginia Tech. Conocimiento.

La banda azul muestra las ondas sísmicas que penetran en el núcleo y se mueven a través de una región del núcleo exterior, donde las velocidades sísmicas aumentan debido a la transmisión de flujos de baja intensidad a la región. Crédito: Ying Zhou de Virginia Tech

Sin embargo, en los datos registrados en cuatro de las más de 150 estaciones de la red sísmica global que registran las vibraciones sísmicas en tiempo real, Zhou encontró una anomalía sorprendente entre los eventos gemelos. Durante el terremoto de 2018, un grupo de ondas sísmicas llamadas ondas SKS viajó alrededor de un segundo más rápido que sus contrapartes de 1997.

Según Zhou, cuyos resultados se publicaron recientemente en Rayos sísmicos Núcleo exterior de la Tierra

Las líneas azules son rayos sísmicos en el núcleo externo, donde las ondas sísmicas que penetran en el núcleo se movieron a través de esa región más rápido en 2018 que en 1997. Crédito: Imagen cortesía de Ying Zhou

Los científicos también solo han podido especular sobre la fuente de los cambios graduales en la fuerza y ​​la dirección del campo magnético que se han observado, lo que probablemente implica cambios en los flujos en el núcleo externo.

“Si miras 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 hacia Siberia. El campo magnético no es el mismo todos los días. está cambiando Dado que está cambiando, también especulamos que la convección en el núcleo externo está cambiando con el tiempo, pero no hay evidencia directa. Nunca lo hemos visto.

Zhou se dispuso a encontrar esa evidencia. Los cambios que ocurren 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 de tiempo de una década, Zhou vio un medio para el “muestreo directo” del núcleo exterior. Eso es porque las ondas SKS que ella estudió lo atraviesan.

“SKS” representa tres fases de la onda: Primero atraviesa el manto como una onda S, u onda de corte; luego al núcleo externo como una onda de compresión; luego retrocede a través del manto como una onda S. La rapidez con que viajan estas ondas depende en parte de la densidad del núcleo externo que se encuentra en su camino. Si la densidad es más baja en una región del núcleo externo a medida que la onda lo penetra, la onda viajará más rápido, tal como lo hicieron las ondas SKS anómalas en 2018.

“Algo ha cambiado en el camino de esa ola, por lo que ahora puede ir más rápido”, dijo Zhou.

Ying Zhou

Ying Zhou del Departamento de Geociencias de Virginia Tech. Crédito: Foto cortesía de Ying Zhou

Para Zhou, la diferencia en la velocidad de las ondas apunta a la formación de regiones de baja densidad en el núcleo externo en los 20 años transcurridos desde el terremoto de 1997. Esa mayor velocidad de onda SKS durante el terremoto de 2018 se puede atribuir a la liberación de elementos ligeros como hidrógeno, carbono y oxígeno en el núcleo externo durante la convección que tiene lugar a medida que la Tierra se enfría, dijo.

“El material que estaba allí hace 20 años ya no está”, dijo Zhou. “Este es un material nuevo, y es más ligero. Estos elementos ligeros se moverán hacia arriba y cambiarán la densidad en la región donde están ubicados”.

Para Zhou, es evidencia de que el movimiento realmente está ocurriendo en el núcleo y está cambiando con el tiempo, como han teorizado los científicos. “Podemos verlo ahora”, dijo. “Si podemos verlo a partir de ondas sísmicas, en el futuro, podríamos establecer estaciones sísmicas y monitorear ese flujo”.

Que sigue

Ese es el próximo esfuerzo de Zhou. Usando un método de medición de ondas conocido como interferometría, su equipo planea analizar registros sísmicos continuos de dos estaciones sísmicas, una de las cuales servirá como fuente de terremotos “virtual”, dijo.

“Podemos usar terremotos, pero la limitación de confiar en los datos de terremotos es que realmente no podemos controlar las ubicaciones de los terremotos”, dijo Zhou. “Pero podemos controlar las ubicaciones de las estaciones sísmicas. Podemos poner las estaciones donde queramos que estén, con la trayectoria de la onda de una estación a la otra pasando por el núcleo externo. Si monitoreamos eso a lo largo del tiempo, entonces podemos 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”.

Referencia: “La variación transitoria en la velocidad de las ondas sísmicas apunta a un rápido movimiento de fluidos en el núcleo exterior de la Tierra” por Ying Zhou, 25 de abril de 2022, Comunicaciones Tierra y Medio Ambiente.
DOI: 10.1038/s43247-022-00432-7

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